com TBJ: Emissor comum
8.3.1 An´ alise te´ orica
1. Para o circuito apresentado na Se¸c˜ao 8.2, fa¸ca o que se pede:
(a) Apresente (desenhe) o circuito equivalente para a an´alise DC. O que acontece com os capacitores nessa situa¸c˜ao? Explique; (b) Calcule o ponto quiescente;
Eletrˆonica II
Tabela 8.1: Componentes recomendados.
Componente Quantidade Transistor BC547 ou 2N2222 R1 33kΩ R2 18kΩ RC 1kΩ RE1 150Ω RE2 1.0kΩ RL 1kΩ RS 5kΩ C1 2.7µF C2 1.5µF CE 47µF
2. Apresente (desenhe) o circuito equivalente para a an´alise AC com o TBJ e com o modelo π-h´ıbrido simplificado o substituindo;
3. Determine as express˜oes e os valores num´ericos para:
(a) O ganho de tens˜ao com rela¸c˜ao `a entrada do amplificador (Avi);
(b) O ganho de tens˜ao com rela¸c˜ao `a fonte de sinal (Avs);
(c) O ganho de corrente do amplificador (raz˜ao entre a corrente de entrada e a corrente na carga) (Ai);
(d) A resistˆencia de entrada na base (Rib);
(e) A resistˆencia de sa´ıda do amplificador (R0);
(f) Fa¸ca o gr´afico da reta de carga AC;
4. Refa¸ca o item 3 considerando as seguintes situa¸c˜oes:
(a) O capacitor CE ´e colocado entre o emissor do TBJ e o terra; (b) O capacitor CE ´e retirado do circuito;
5. O que aconteceu com o ganho de tens˜ao do amplificador para as si- tua¸c˜oes acima se comparado ao item 3?
8.3.2
Simula¸c˜ao
Eletrˆonica II
Figura 8.1: Circuito amplificador emissor comum.
(a) Me¸ca e compare os valores dos ganhos e das resistˆencias calculados na Se¸c˜ao 8.3.1. Apresente uma tabela comparativa;
(b) Considerando vs como um sinal senoidal com 80mVpp, fa¸ca os gr´aficos do sinal de entrada e sa´ıda para o circuito, considerando as trˆes configura¸c˜oes com rela¸c˜ao ao capacitor CE discutidas na Se¸c˜ao 8.3.1;
(c) Varie os valores de R1 e R2 separadamente, para cima e para baixo, e avalie a influˆencia destas mudan¸cas no sinal de sa´ıda. Utilize estes resultados para discorrer sobre a excurs˜ao m´axima do sinal de sa´ıda, sobre as regi˜oes de corte e satura¸c˜ao, e sobre os ganhos m´aximo e m´ınimo sem distor¸c˜ao.
8.3.3
Experimento
1. Monte o circuito apresentado na Se¸c˜ao 8.2.
2. Explique como e fa¸ca a medi¸c˜ao dos valores das grandezas abaixo lis- tadas, e compare-os com os valores calculados e simulados:
(a) O ganho de tens˜ao com rela¸c˜ao `a entrada do amplificador (Avi);
(b) O ganho de tens˜ao com rela¸c˜ao `a fonte de sinal (Avs);
(c) O ganho de corrente do amplificador (Ai);
Eletrˆonica II
(e) A resistˆencia de sa´ıda do amplificador (R0);
(f) A resistˆencia interna da fonte de sinal (RS);
3. Refa¸ca o item 2 considerando as situa¸c˜oes a seguir e explique os resul- tados, comparando-os aos resultados obtidos em simula¸c˜ao:
(a) O capacitor CE ´e colocado entre o emissor do TBJ e o terra; (b) O capacitor CE ´e retirado do circuito;
Experiˆencia 9
Amplificadores de m´ultiplos
est´agios com TBJ: Circuito
Cascode - An´alise
9.1
Objetivo
Analisar em detalhes uma configura¸c˜ao de amplificador cascode e estudar as suas propriedades.
9.2
Circuito base e material recomendado
O circuito de base para este experimento ´e apresentado na Figura 9.1. O modelo de transistor sugerido para T1 e T2 ´e o 2N2222. Pode-se utilizar outros modelos, desde que observadas as diferen¸cas entre eles e justificadas eventuais diferen¸cas no experimento resultantes destas diferen¸cas. Considere inicialmente uma frequˆencia de opera¸c˜ao de 5kHz.
9.3
Procedimento
9.3.1
An´alise te´orica
1. Para o circuito apresentado na Se¸c˜ao 9.2, fa¸ca o que se pede:
(a) Apresente o circuito equivalente para a an´alise DC. (b) Calcule o ponto quiescente de ambos os transistores;
Eletrˆonica II
Figura 9.1: Circuito cascode.
2. Apresente o circuito equivalente para a an´alise AC com os modelo π- h´ıbrido simplificado;
3. Determine as express˜oes e os valores num´ericos para:
(a) O ganho de tens˜ao do circuito (Avs);
(b) O ganho de corrente do amplificador (Ai);
(c) A resistˆencia de entrada do circuito (Ri);
(d) A resistˆencia de sa´ıda do circuito (R0);
4. Determine a excurs˜ao m´axima alcan¸c´avel para o sinal de sa´ıda;;
5. Determine a resposta em frequˆencia do amplificador e compare-a com a resposta em frequˆencia do circuito utilizado no Experimento “Ampli- ficadores de um est´agio com TBJ: Emissor Comum - Projeto”(retome as simula¸c˜oes do referido experimento e determine a sua resposta em frequˆencia para que seja poss´ıvel fazer a compara¸c˜ao).
9.3.2
Simula¸c˜ao
1. Simule o circuito apresentado na Se¸c˜ao 9.2 e me¸ca todos os valores soli- citados na Se¸c˜ao 9.3.1. Compare os resultados com os valores te´oricos.
9.3.3
Experimento
1. Monte o circuito apresentado na Se¸c˜ao 9.2 e me¸ca todos os valores soli- citados na Se¸c˜ao 9.3.1. Compare os resultados com os valores te´oricos e os valores simulados. Dˆe especial importˆancia `a medi¸c˜ao da resposta
Eletrˆonica II
em frequˆencia do circuito e discorra sobre a mesma, comparando-a com a do circuito amplificado emissor comum de um est´agio.
Apˆendice A
Tutorial de Utiliza¸c˜ao do
LTSpice
Tutorial ainda em constru¸c˜ao. Se sentirem falta de alguma in- forma¸c˜ao, entrem em contato comigo que eu adiciono assim que poss´ıvel.
V´ıdeos sobre a utiliza¸c˜ao do LTSpice est˜ao dispon´ıveis em http://www. lee.eng.uerj.br/~germano/VideoTutoriais.html.
A.1
Introdu¸c˜ao
Este apˆendice serve como uma breve referˆencia de alguns comandos que ser˜ao utilizados no LTSpice ao longo do curso. Informa¸c˜oes mais detalhadas sobre o LTSpice pode ser encontrada on-line. Alguns endere¸cos ´uteis contendo exem- plos de circuitos, utiliza¸c˜ao e diretrizes do LTSpice podem ser encontradas nas p´aginas: • http://www.linear.com/designtools/software/ • http://denethor.wlu.ca/ltspice/ • http://www.simonbramble.co.uk/lt_spice/ltspice_lt_spice.htm • http://www.allaboutcircuits.com/textbook/reference/chpt- 7/example-circuits-and-netlists/ .
Eletrˆonica II
A.2
Nota¸c˜ao cient´ıfica
Os valores inseridos no programa s˜ao interpretados como sendo escritos em nota¸c˜ao cient´ıfica (1E7 = 1 × 107) ou nota¸c˜ao de engenharia (10M EG =
1 × 107). A tabela A.1 mostra a equivalˆencia entre alguns prefixos e multi-
plicadores mais utilizados.
Aten¸c˜ao: O prefixo mili ´e representado pela letra M (1M = 1 × 10−3) enquanto que o prefixo mega ´e utilizado como MEG (1M EG = 1 × 106) no
LTSpice. Letras mai´usculas e min´usculas s˜ao interpretadas igualmente pelo LTSpice. Portanto, tanto 1m quanto 1M s˜ao equivalentes a 1 × 10−3.
Prefixo Multiplicador T 1012 G 109 Meg 106 K 103 M 10−3 u 10−6 n 10−9 p 10−12 f 10−15
Tabela A.1: Equivalˆencia entre prefixos e multiplicadores no LTSpice. Letras mai´usculas e min´usculas s˜ao interpretadas igualmente pelo LTSpice. Por- tanto, tanto 1m quanto 1M s˜ao equivalentes a 1 × 10−3.
A.3
Desenhando o circuito
Uma das melhores formas de acelerar o desenho do circuito ´e utilizando teclas de atalho. A lista com todas as teclas de atalho est˜ao acess´ıveis em “Tools → Control Panel → Drafting Options → Hot Keys”. Neste mesmo local vocˆe pode alterar as teclas de atalho como achar conveniente. Alguns dos principais comandos para desenhar o circuito e suas respectivas teclas de atalho originalmente utilizadas pelo programa est˜ao detalhadas na tabela A.2.
Seguindo as teclas de atalho padr˜ao do LTSpice, uma fonte de tens˜ao pode ser inserida pressionando a tecla “F2” e selecionando o item “voltage”. Os valores dos componentes podem ser alterados clicando com o bot˜ao da direita do mouse em cima do componente desejado (a seta se transforma em
Eletrˆonica II
Inserir componente a partir de uma lista
F2
Inserir resistor R Inserir capacitor C
Inserir terra G (N˜ao se esque¸ca de inserir o terra no circuito)
Inserir fios F3 Inserir uma diretriz do Spice S Girar componente (antes de ele ser inserido no circuito)
CTRL + R
Espelhar componente (antes de ele ser inserido no circuito)
CTRL + E
Remover componente F5 ou Del Desfazer a¸c˜ao F9
Refazer a¸c˜ao desfeita SHIFT + F9 Nomear pontos do circuito F4
Ajustar zoom automaticamente Espa¸co
Tabela A.2: Algumas das teclas de atalho ´uteis para o desenho do circuito.
uma m˜ao). N˜ao ´e necess´ario incluir unidade junto com o valor. Por exemplo, ao inserir um capacitor de 1nF , pode-se inserir tanto 1n quanto 1nF que o programa entender´a o valor do componente.
Fontes de tens˜ao controlado por tens˜ao e de corrente controladas por tens˜ao podem ser utilizadas selecionando os componentes e e g da lista de componentes1.
A.4
Netlist
O desenho do circuito feito no LTSpice ´e traduzido para uma netlist. Este ar- quivo de texto cont´em toda a informa¸c˜ao necess´aria para realizar a simua¸c˜ao do circuito desenhado (componentes, valores, diretrizes sobre como realizar a simula¸c˜ao e coment´arios). Cada linha da netlist cont´em uma informa¸c˜ao do circuito que serve para indicar como os componentes est˜ao conectados. O simulador ´e sens´ıvel `a primeira letra de cada linha do netlist. A tabela
1Mais detalhes da cria¸c˜ao de fontes de tens˜ao controlada por corrente e fonte de
corrente controlada por corrente pode ser encontrada em http://ltwiki.org/files/ LTSpiceSupplementalDocumentation.pdf
Eletrˆonica II
A.3 relaciona alguns componentes que ser˜ao utilizados no curso com as suas respectivas letras iniciais. Nesta mesma tabela pode-se encontrar o caract´er relacionado a coment´arios e `as diretrizes da simula¸c˜ao.
Letra inicial Significado C Capacitor
D Diodo
E Fonte de tens˜ao dependente de tens˜ao F Fonte de corrente dependente de corrente G Fonte de tens˜ao dependente de corrente H Fonte de corrente dependente de tens˜ao I Fonte de corrente M Transistor MOSFET Q Transistor bipolar R Resistor V Fonte de tens˜ao * Coment´ario . Diretriz de simula¸c˜ao
Tabela A.3: Equivalˆencia entre declara¸c˜ao da letra inicial do arquivo netlist e sua respectiva .
Para salvar o netlist a partir do circuito desenhado, clique em “Tools” → “Export Netlist ”. O arquivo .net gerado pode ser aberto com o pr´oprio LTStpice ou com qualquer programa editor de texto.
Exerc´ıcio: Crie um circuito com uma fonte de tens˜ao DC de 5V com dois resistores de 10kΩ e 5kΩ ligados em s´erie. Insira alguns coment´arios e a diretriz Spice .op. Clique na aba View e no item SPICE Netlist e analise a netlist gerada pelo programa. Confira se a netlist faz sentido com o circuito desenhado. Rode a simula¸c˜ao e confira os valores encontrados pela simula¸c˜ao com os valores calculados manualmente.
A.5
Simula¸c˜ao
Os transistores utilizados neste curso (CD4007) n˜ao est˜ao dispon´ıveis na lista de componentes originais do LTSpice. Os arquivos para download e passo- a-passo de como inserir os modelos dos transistores do CD4007 na lista de componentes do LTSpice pode ser encontrado no site do curso de laborat´orio de Eletrˆonica II em http://www.lee.eng.uerj.br/~germano/Trabalhos. html.
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