Relatório 5
5
TBJs – Amplificação de sinais José Milton Alves de Souza / Raí Alves Tamarindo Universidade Federal do Vale do São Francisco Campus Juazeiro – AV. Antônio Carlos Magalhães, S/N, Country Club – 48902-130 – Juazeiro/ BA - Brasil. E-mail: [email protected],[email protected] 1. Objetivos Visualizar a característica de transferência do circuito amplificador na montagem emissor-comum e compreender o procedimento de análise de circuitos amplificadores com transistores. 2. Introdução teórica Na análise de TBJ, é importante definir a tensão de limiar (V BEON ), que é também referida como “tensão de joelho”, corresponde à tensão de polarização direta da junção base-emissor (JBE) a partir da qual o dispositivo começa a conduzir níveis apreciáveis de corrente de base (I B ) e de coletor (I C ), quando há uma ddp aplicada entre os terminais de coletor e emissor (V CE ). A tensão de saturação, que é a diferença de potencial entre os terminais de coletor e de emissor a partir da qual ocorre a efetiva polarização reversa da junção base-coletor (JBC), concomitante à polarização direta da junção base-emissor (JBE), acarretando a uma relativa independência do nível de corrente de coletor I C para com a ddp aplicada entre os terminais de coletor e emissor (V CE ). Essa condição de independência de I C com V CE caracteriza a região ativa de operação do TBJ. Tem-se também a característica de transferência de um amplificador que é a curva que relaciona o nível tensão de saída ao nível de tensão de entrada num circuito amplificador. A tensão de saída pode ser expressa analiticamente como uma função não-linear da tensão de entrada, que pode ser “linearizada” numa faixa do domínio onde a inclinação é consideravelmente elevada, permitindo a amplificação linear de um sinal de interesse. O ponto no plano vo x vi sobre a característica de transferência, definido pela análise cc do circuito, em torno do qual serão promovidas variações da tensão de entrada que resultarão em variações proporcionais da tensão de saída é chamado de ponto quiescente ou ponto de operação do TBJ. O TBJ é caracterizado por três regiões, a região ativa, região de corte e a região de saturação, para efeito de amplificação a região ativa é que nos interessa, as outras regiões apresentam aplicações diferentes, como por exemplo, uma chave analógica. Em um circuito transistorizado como, por exemplo, o exposto na fig.1. Figura 1: Circuito Transistorizado Faz-se necessário obter os parâmetros de polarização com isso se usa retas de cargas que é uma reta que intercepta a curva do transistor no ponto de operação Q Como mostrado abaixo na fig.2.
Transcript of Relatório 5
5/6/2018 Relat rio 5 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/relatorio-5-559ab97ada844 1/5
TBJs – Amplificação de sinais
José Milton Alves de Souza / Raí Alves TamarindoUniversidade Federal do Vale do São Francisco Campus Juazeiro – AV. Antônio Carlos
Magalhães, S/N, Country Club – 48902-130 – Juazeiro/ BA - Brasil.
E-mail: [email protected],[email protected]
1. Objetivos
Visualizar a característica detransferência do circuito amplificadorna montagem emissor-comum ecompreender o procedimento de análisede circuitos amplificadores com
transistores.
2. Introdução teórica
Na análise de TBJ, é importante definir atensão de limiar (VBEON), que é tambémreferida como “tensão de joelho”,corresponde à tensão de polarização diretada junção base-emissor (JBE) a partir daqual o dispositivo começa a conduzir níveisapreciáveis de corrente de base (IB) e de
coletor (IC), quando há uma ddp aplicadaentre os terminais de coletor e emissor(VCE).A tensão de saturação, que é a diferença depotencial entre os terminais de coletor e deemissor a partir da qual ocorre a efetivapolarização reversa da junção base-coletor(JBC), concomitante à polarização direta da
junção base-emissor (JBE), acarretando auma relativa independência do nível decorrente de coletor IC para com a ddpaplicada entre os terminais de coletor e
emissor (VCE).Essa condição de independência de IC comVCE caracteriza a região ativa de operaçãodo TBJ. Tem-se também a característica detransferência de um amplificador que é acurva que relaciona o nível tensão de saídaao nível de tensão de entrada num circuitoamplificador.A tensão de saída pode ser expressaanaliticamente como uma função não-linearda tensão de entrada, que pode ser“linearizada” numa faixa do domínio onde a
inclinação é consideravelmente elevada,permitindo a amplificação linear de um
sinal de interesse. O ponto no plano vo x visobre a característica de transferência,definido pela análise cc do circuito, emtorno do qual serão promovidas variaçõesda tensão de entrada que resultarão emvariações proporcionais da tensão de saída échamado de ponto quiescente ou ponto deoperação do TBJ.O TBJ é caracterizado por três regiões, aregião ativa, região de corte e a região desaturação, para efeito de amplificação aregião ativa é que nos interessa, as outrasregiões apresentam aplicações diferentes,como por exemplo, uma chave analógica.Em um circuito transistorizado como, porexemplo, o exposto na fig.1.
Figura 1: Circuito Transistorizado
Faz-se necessário obter os parâmetrosde polarização com isso se usa retas decargas que é uma reta que intercepta acurva do transistor no ponto deoperação Q Como mostrado abaixo nafig.2.
5/6/2018 Relat rio 5 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/relatorio-5-559ab97ada844 2/5
Figura 2: Reta de carga
Na fig.3 tem-se outra reta de cargaagora determinando a corrente de
coletor.
Figura 3: Determinação da corrente do coletor
3. Experimento
3.1. Materiais utilizados
Fonte de tensão de 15 V; Fonte de tensão de 5 V; 1 TBJ BC337 1 Resistor 1kΩ ; 1 Resistor 10kΩ; Gerador de Sinais; e Osciloscópio.
3.2. Procedimentos
Para verificação da amplificação desinais utilizando TBJs foi montado ocircuito proposto na fig.4.
Figura 4: Montagem com TBJ em emissor-comum
A priori foi estimado o valor de RC para que a reta de carga intercepte oeixo das correntes em IC=15mA.
Logo,
Com essa montagem foi verificadoo funcionamento do TBJ através domonitoramento da tensão na base eda tensão no coletor, utilizando asponteiras do o osciloscópio, com ointuito de variar o valor de vBE everificar quando vC começou avariar.Com essa montagem também foivisualizada a característica detransferência vO-vI, ou seja, foientrado com um sinal vI através dogerador de sinais e ajustado o níveloff-set para conferir uma tensão ccna base de 500mV (canal 1 doosciloscópio) e verificado o sinal de
saída (canal 2 do osciloscópio) e emseguida visualizado por meio domodo dual.Ainda com essa montagem foiescolhido um ponto de operaçãoquiescente Q adequado atransferência de sinal a fim dereduzir distorções para servisualizada a forma de onda deentrada sobreposta com o sinal desaída. Considerando VBEON = 0,6V e
como o nível de tensão mínima nasaída foi 0,2V, o que corresponde a
5/6/2018 Relat rio 5 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/relatorio-5-559ab97ada844 3/5
entrada em VIK = 0,685V, então oponto Q escolhido foi o ponto médioda reta definida por esses doispontos. Logo:
Assim, o nível de distorção édiminuído, já que na região ativa acaracterística de transferênciaassemelha-se à uma reta. Adotadoesse ponto de operação, o circuitofoi exposto à um sinal triangular de1kHz e 200mVpk afim de seobservar o nível de distorção nasaída e em seguida a amplitude daentrada foi diminuída para100mVpk. E também foi variado onível de off-set 50mV para mais epara menos do ponto quiescente.Utilizando a montagem mostrada nafig.5, foi implementada uma portainversora (NOT).
Figura 5: Montagem com TBJ em emissor-comumpara verificação da porta inversora.
Foram estimados os valores de RB e
RC para que a reta de cargaintercepte o eixo das correntes emIC=15mA.Nessa montagem foi aplicado umsinal do tipo onda quadrada deamplitude 2,5VP à base do TBJ,com nível off-set ajustado emVBE=2,5V, onde foi observado aforma de onda da tensão de saída vO com o osciloscópio.
3.3. Resultados e discussões
O sinal utilizado do osciloscópioapresentou um nível pequeno deruído, portanto ele foidesconsiderado e os valoresutilizados nos cálculos foram
adquiridos diretamente das medidasque o equipamento ofereceu.A primeira etapa, quando foiaplicado um sinal periódico aoamplificador e variado seu nível deoff-set lentamente, foi realizada como intuito de se verificar o nível detensão VBEON, ou seja, a tensão delimiar para condução na JBE.Tipicamente essa tensão é 0,6V. Naexecução da montagem o TBJ saiu
do corte assim que o off-set atingiuo nível de 57mV (fig. 6).
Figura 6: Momento (durante a excursão do off-set) em que o TBJ passa da região de cortepara a ativa.
Isso mostra experimentalmente queVBEON = 557mV, já que a tensão depico é 500mV, valor bem próximode 0,6V (previsto teoricamente).Definido o ponto quiescente do TBJ
no circuito, foi possível olevantamento da característica detransferência do amplificador. Afigura 7 mostra seu comportamento.
5/6/2018 Relat rio 5 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/relatorio-5-559ab97ada844 4/5
Figura 7: Característica de transferência doamplificador da figura 4.
É possível observar que a partir deVBE ≈ 600mV o TBJ está nasproximidades da região ativa. Apartir desse momento, cada variaçãomínima da entrada ocasiona umavariação bem maior na saída devidoà alta inclinação da reta querelaciona elas duas. Atingido o nívelVIK, o TBJ satura, e a saída passa aser indiferente quanto à entrada.Aplicando um sinal triangular de1kHz e 200mVpk ao amplificador evariando o nível de off-set em 50mVpara mais e para menos do ponto
quiescente adotado, foram obtidosas amplitudes de saída para cadasituação como mostra a tabela 1.
Tabela 1: Comparação entre as amplitudes pico apico da saída geradas pelos os três pontos deoperação aplicados: 592mV, 642mV e 692mV.
Off-set(mV) Vo pp (V)
592 12,2642 15,0692 13,8
É notável que no ajuste do pontoquiescente calculado a tensão depico a pico na saída é máxima, issoporque quando o off-set varia paradireita ou para esquerda desseponto, somado ao nível AC o sinalultrapassa os limites VBEON e VIK,ocasionando um ceifamento no sinalde saída, e consequentemente
distorção.Foi possível verificar o sinal entradaversus o sinal de saída e sua
respectiva distorção na tela doosciloscópio (fig. 8 e 9) para doissinais de entrada diferentes: um com200mV de pico e o outro com100mV.
Figura 8: Curvas de entrada e saída quando osinal de entrada tem amplitude de 200mV.
Figura 9: Curvas de entrada e saída quando osinal de entrada tem amplitude de 100mV.
Devido ao valor da amplitude naprimeira situação ser grande, o sinalde saída é mais distorcido porquenos momentos de pico a tensão naJBE alcança 0,842V fazendo comque o TBJ entre em saturação eceifando a saída. Como a inclinaçãoda reta vi-vo na região ativa énegativa, então a saída gerada édefasada em aproximadamente 180ºcom relação a entrada, e de fato seobserva que nos picos de máximo daentrada a saída alcança os picos demínimo e vice-versa.Na implementação da porta NOTutilizando um TBJ da figura 5,foram adotados os valores 1kΩ para
RC e 10kΩ para R B. Considerando atensão de saturação na saída VCEsat =
5/6/2018 Relat rio 5 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/relatorio-5-559ab97ada844 5/5
0,2V, pode-se obter a corrente nocoletor da seguinte forma:
E como o h fe do TBJ éaproximadamente 300, estima-se acorrente na base IBsat diretamente:
A operação do circuito como uminversor lógico usa os modos decorte e saturação. Em termos maissimples, se à entrada Vi for “alta”,próximo do valor de fonte VCC,representando o valor lógico 1 emum sistema de lógica positiva, otransistor conduzirá e, com aescolha adequada de valores paraRC e Rb, como por exemplo, 1KΩ e
10KΩ respectivamente, estará
saturado. Assim, a tensão de saídaserá VCEsat=0,2V, representando umnível “baixo” ou valor lógico 0. Por
outro lado, se a entrada for “baixa”,
em um valor próximo da terra (porexemplo, VCEsat), então o transistorcortará, iC será zero e vO=VCC, que éum valor “alto” ou nível lógico 1. Exposto à um pulso quadrado de 0Va 5V e frequência de 1kHz, ocircuito lógico inversor projetadoteve a entrada e a saídacaracterizadas no osciloscópio como
mostra a figura 10.
Figura 10: Tela do osciloscópio na montagemdo circuito lógico inversor.
Colocando no modo dual, oosciloscópio mostra a característica detransferência do TBJ no circuito, porémcomo as variações são praticamenteinstantâneas só é possível visualizar tal
curva nos pontos de corte e saturação(figura 11).
Figura 11: Característica de transferência do TBJno circuito.
4. Conclusões
Estudou-se a característica elétrica desaída de um TBJ, se analisou as trêsregiões de operação do TBJ, e dando
ênfase em primeiro momento a regiãoativa que é a região e amplificação;depois se explorou a outras duasregiões, corte e saturação, fazendo oTBJ funcionar como chave digital.Usou-se a configuração emissor –
comum na amplificação do sinal.Obtiveram-se formas de ondas daentrada e da saída, e viu-se a inversãodo sinal quando se implementou umaporta lógica NOT usando TBJ.
A característica de transferência vo-vimostrou as três possíveis regiões deoperação de um TBJ, identificando osvalores chaves de uma característica detransferência, o ponto de condução doTBJ região ativa, a região de corte eregião em que ocorre a saturação.
