EXPERIÊNCIAS DE LAB-UERJ-2015-01

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LABORATÓRIO

DE

ELETRÔNICA II PROF. JOSÉ OCTAVIO GUIMARÃES PERÍODO: 2015-01

[email protected] Tel.: 9668.9413

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a

01 – EXPERIÊNCIA

AMPLIFICADOR EMISSOR COMUM 1)

PARTE TEÓRICA: Para ser apresentada ao prof. no início da experiência

T1 - Transistor – (BC549B ou BC548 ou BC 547A) . Considere

a)

f L  200 Hz

Desenhar o modelo equivalente para pequenos sinais “ h – híbrido completo” Determine as

formulas dos ganhos de tensão

resistências de entrada

Ri

Avi 

e saída

v0 v e Avs  0 vi vs

R0 .

Considere o equivalente para o modelo completo:

, ganho de corrente

AI 

i0 ii

e as

3 b)

Desenhar o modelo equivalente para pequenos sinais “ h – híbrido simplificado” Determine as formulas dos ganhos de tensão, corrente e as impedâncias de entrada e saída.

Sendo o equivalente para o modelo simplificado:

c)

Quais as condições teóricas para o transistor estar na região de corte, saturação e ativa.

d)

Projetar um Amplificador Emissor Comum com excursão de sinal de saída de 6 Vpp.

OBS: Reprojetar o projeto para valores comercias dos componentes. e)

Estudar o comportamento do ponto quiescente com as variações dos resistores R 1 e R 2 mantendo os outros componentes com os valores do item anterior isto é:

e1) Arbitrar um valor para R 1 superior ao do item (d) comercial e recalcular o projeto. Traçar o gráfico da reta de carga e2) idem (e1), mas diminuir R1. Traçar o gráfico da reta de carga e3) idem (e1), mas aumentar R2. Traçar o gráfico da reta de carga e4) idem (e1), mas diminuir R2. Traçar o gráfico da reta de carga

R1

R2

RC

RE

RL

Excursão de sinal pico-pico Na carga

e1 e2 e3 e4

f)

Calcular numericamente os valores dos ganhos de tensão, corrente e as impedâncias de

entrada e saída para os itens (a-b) usando os valores comercias do projeto.

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g)

Completar a tabela abaixo com os valores do item (f): MODELO

MODELO

“h-completo”

“h-simplificado”

Ri R0

AVi 

v0 vi

AVS 

v0 vS

AI h)

Para o projeto fazer os gráficos considerando a máxima amplitude possível, sem que haja

corte e saturação.

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i)

Para o projeto, escrever as expressões e desenhar os gráficos desta folha indicando os valores

médios e amplitudes.

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EXECUÇÃO: Verificar a Teoria no Lab. e chamar o professor para dar o visto da experiência a) Variar a amplitude do gerador de sinais (não variar a freqüência) desde um valor muito pequeno até um valor muito grande e observar o que acontece com o sinal na saída. Verificar valores e fazer comentários. b)

Verificar se o ponto quiescente está centrado na reta de carga. Marque com (X) a resposta e desenhar o gráfico da forma de onda em

c)

RL

(cotado, isto é com valores).

Qual o procedimento para centrar o ponto quiescente (PQ) na reta de carga? (Verificar o item “e” da teoria) Resposta:

d)

Aplique o método anterior isto, item (c) e centre o ponto quiescente. Informe o que você mudou e os valores antigos e atuais.

e)

Medir a excursão de sinal na saída com o ponto quiescente centrado na reta de carga.

f) Medir os ganhos de tensão e corrente usando o osciloscópio e o multímetro.

 v0 v   i AV    v0   v s g)

AI 

Descreva um método para medir as resistências de entrada e saída, usando o osciloscópio.

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h)

Medir as resistências de entrada e saída

Rin  i)

Rout 

Completar a tabela:

OBS: Se mudou o valor de algum resistor, recalcule os ganhos de tensão e corrente e resistências de entrada e saída para completar a tabela abaixo e poder comparar a teoria com as medidas no laboratório. MODELO

MODELO

Medidas no

“ h-completo”

“ h-simplificado”

Laboratório

Ri R0 AVS 

v0 vS

AVi 

v0 vi

AI

j)

Verificar as formas de onda cotadas (com valores), usando a excursão de sinal na saída máxima. sem que haja corte e saturação.

k)

OBS: Explique como mediu no Laboratório os valores para compor cada gráfico abaixo.

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l)

Resposta em freqüência

Ajustar a fonte de sinal de entrada AC de modo que se obtenha um sinal de saída tabela abaixo mantendo a entrada constante e variar a freqüência. Freqüência Ganho de tensão

Ganho de tensão em db

Verificar na tabela a freqüência de corte inferior e superior no ponto Traçar o gráfico da freqüência com o ganho.

v 0,  0,7 v 0

v0

sem distorcão, e montar a

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Valores comerciais de resistores 10

12

15

18

22

27

33

39

47

56

68

82

OBS: a

6 faixas, igual a de 5 faixas e a 6 faixa é a temperatura a

A 5 faixa é a tolerância de 1% As 3 primeiras faixas (São os três primeiro dígitos), a quarta faixa é o multiplicador e a quinta faixa é a tolerância (Geralmente a quinta faixa é marrom ou vermelha) OBS: Verificar a faixa mais próxima do extremo será a primeira OBS: Verificar a faixa mais afastada das outras, esta é a ultima faixa.

OBS:

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hie  h fe

 VT   2 para o silício  I CQ VT  0,025V , T  300 K

OBS:

h fe    hFE OBS:

vCE ( SAT )  0,2 V ou 0,3 V



hie  0,05

h fe I CQ

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14

15

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Abaixo seguem vários programas MatLab sobre Eletrônica II. Para cada um deles, é so copiar (copy) e colar (paste) no MatLab. É bom nomeá-los com o mesmo nome que esta escrito na primeira linha de cada programa. Todos estes nomes têm a extenção .m. Depois e só rodar. Observe: 1) Se nas instruções de cada um desses programas houver cedilhas, tils ou outros acentos, retire-os, por favor. Isto porque, o meu Mac aceita tudo isso, mas quando vai traduzir para o seu IBM-PC, dá chabu. (Mac é uma beleza!) 2) Verifique também as quebras de linha, pois pode haver alguma quebra no Word que não havia no original MatLab.

-----------------------------------------1º PROGRAMA -----------------------------------------% ProjetoEC.m close all ; clear all ; clc ; format short ; % •••••••••• Projeto •••••••••• % figure %abre uma nova figura % Entre com os valores abaixo VLmax=5 % em volt RL=1.2 % em kohm folga=1.0 % em volt VCEsat = 0.5 % em volt VBEQ = 0.7 % em volt % 1ª Etapa: Gera tabela e graficos de ICQ, VRC e Ptransistor versus RC % Rode esta etapa e escolha RC a partir da tabela gerada. % Insira este valor de RC na 2º Etapa deste programa VCEQ = VLmax + folga; RC = RL./4:0.2:4.*RL; %varia RC desde RL/4 ate 4*RL, step=0.2 RAC = (RC.*RL)./(RC+RL); ICQ = VCEQ./RAC ; % P.O. no meio VRC = RC.*ICQ; Ptransistor=VCEQ.*ICQ; plot (RC, ICQ, 'b-o') hold on plot (RC, VRC, 'r-+') plot (RC, Ptransistor/10, 'g-*') % dividi a potencia por 10 para melhor visualização title('ICQ x Rc e VRc xRc') xlabel('Rc kohm)') ylabel('ICQ (mA) e VRc (Volt)')

18 text(1, 25, 'VRc=vermelho

ICQ=azul

PotTrans/10=verde')

% 2ª Etapa: cálculo de RE e VCC RC = 1.2 % entrar valor comercial escolhido na 1º Etapa ICQ = VCEQ./RAC; VCC = (RC.*ICQ+VCEQ)./0.9; RE = (0.1.*VCC)./ICQ % 3ª Etapa: cálculo de R1 e R2 RE = 0.2 % entrar com valor comercial obtido na 2º Etapa VCC = 20 % entrar com valor inteiro obtido na 2º Etapa BETA = 100 % obtido da curva do transistor VEQ = RE.*ICQ VBQ = VEQ + VBEQ I1 = 0.1.*ICQ I2 = I1 R1 = VBQ./I1 R2 = (VCC-VBQ)./I2 grid on

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02a – EXPERIÊNCIA AMPLIFICADOR EMISSOR COMUM NÃO ATERRADO (SEM C E)

T1 - Transistor – (BC549B ou BC548 ou BC 547A). Considere 1)

f L  200 Hz

PARTE TEÓRICA: Para ser apresentada ao prof. no início da experiência

Sendo os 3 modelos apresentados abaixo, completos:

Pede-se: a)

Desenhar o modelo equivalente para pequenos sinais “ h – híbrido completo “

Determine as formulas dos ganhos de tensão e corrente e determinar as impedâncias de entrada e saída.

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b)

Desenhar o modelo equivalente para pequenos sinais “

 – híbrido completo “

Determine as formulas dos ganhos de tensão e corrente e determinar as impedâncias de entrada e saída.

c)

Desenhar o modelo equivalente para pequenos sinais “

re

ou T – completo “

Determine as formulas dos ganhos de tensão e corrente e determinar as impedâncias de entrada e saída. d)

e)

Repetir os itens ( c, d, e ) para os modelos simplificados dos circuitos equivalentes

Projetar um Amplificador Emissor Comum sem o capacitor C E com excursão de sinal de saída

de 6 Vpp. Recalcular o projeto para valores comercias dos componentes. Obs. Não usar os resultados da primeira experiência e projetar o circuito para a máxima transferência de potência á carga. f)

Estudar o comportamento do ponto quiescente com as variações dos resistores R 1 e R 2 mantendo os outros componentes com os valores do item anterior isto é: f1) Arbitrar um valor para R 1 superior ao do item (a) comercial e recalcular o projeto. Traça o gráfico da reta de carga f2) idem (f1), mas diminuir R 1 . Traça o gráfico da reta de carga f3) idem (f1), mas aumentar R2. Traça o gráfico da reta de carga f4) idem (f1), mas diminuir R 2. Traça o gráfico da reta de carga

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RC

R2

R1

RE

Excursão de sinal pico-

RL

pico na carga

Teórico f1 f2 f3 f4

Pede-se: g)

Determinar numericamente os valores dos ganhos e das impedâncias para os itens (a-b-c-d), usar valores comercias dos componentes.

h)

Completar a tabela abaixo com os valores do item “g”:

MODELO COMPLETO

 – híbrido

h – híbrido

MODELO SIMPLIFICADO

re

ou T

 – híbrido

h – híbrido

re

ou T

Ri R0

AVS 

v0 vS

AVi 

v0 vi

AI i)

Para o projeto, fazer os gráficos dados na primeira experiência, considerando a máxima amplitude possível, sem que haja corte e saturação.

2)

EXECUÇÃO: Verificar a Teoria no Lab. e chamar o professor para dar o visto da experiência.

3)

Resposta em freqüência

Ajustar a fonte de sinal de entrada AC de modo que se obtenha um sinal de saída tabela abaixo mantendo a entrada constante e variar a freqüência. Freqüência Ganho de tensão

Ganho de tensão em db

Verificar na tabela a freqüência de corte inferior e superior no ponto Traçar o gráfico da freqüência com o ganho.

v 0,  0,7 v 0

v0

sem distorcão, e montar a

22 -----------------------------------------2º PROGRAMA -----------------------------------------% EmissorComum.m close all ; clear all ; clc ; format short ; %Cálculo das tensões e correntes reais %Entre com os valores abaixo. Resistores comerciais VCC=20 RL = 1.2 %original 1.25 kohm RC =1.2 %original 1 kohm RE = 0.2 %original 0.22 kohm R1 = 2.7 %original 3 kohm R2 = 18 %original 15 kohm BETA = 100 hfe = 100 rs = 0.4 VCEsat = .5 % em volt VBEQ = 0.7 % em volt % se tiver capacitor entre com CE= 1, caso contrário entre com CE= 0. CE = 1 % ****** Aqui começam os cálculos ******* % Cálculos de polarização (DC) RB = (R1*R2)./(R1+R2) VBB = R1.*VCC/(R1+R2) IEQ = (VBB-0.7)./(RE + (RB/(BETA+1))) ICQ = (BETA./(BETA + 1)).*IEQ IBQ = ICQ./BETA VCEQ = VCC - (RC.*ICQ + RE.*IEQ) VEQ = RE.*IEQ VCQ = VEQ + VCEQ VRC = RC.*ICQ VBQ = VEQ + VBEQ I1 = VBQ./ R1 I2 = (VCC-VBQ)./R2 confere1=I2-I1 confere2=I2./IBQ VCBQ = VCQ - VBQ % Cálculo das potências dissipadas no transistor PCB = VCBQ*ICQ PBE =VBEQ*IEQ Ptransistor = PCB + PBE %mW Ptransistor_aprox = VCEQ.*ICQ % CALCULOS PARA AC if CE==1 REac=0 else REac=RE end RCparaleloRL = (RC.*RL)./(RC+RL) RAC = REac.*(1+hfe)./hfe + RCparaleloRL %calculo de Vcem V1 = VCEQ - VCEsat V2 = RAC.*ICQ if V2