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Aula14            Indice de Aulas       Aula16
Eletrônica Básica 1
Aula 15: Amplificador Emissor Comum com Realimentação
Referencias
MALVINO, Albert. Eletronica V1
ALBUQUERQUE, R.O. ; PINTO, L.  F. Eletronica Analogica. V2.  São Paulo: Fundação Pe. Anchieta
SEDRA,
A. Microeletronica

1. Amplificador Emissor Comum com Realimentação
      Como estudado na aula 14,  o amplificador EC  sem realimentação  tem o ganho dado   por:
                                                                                                                                                                                                                 eq(1)
      A  expressão mostra que o ganho sem realimentação estudado é altamente dependente  do parâmetro re,  o qual pode variar de valor por causa do transistor e por causa da temperatura, desta forma o ganho pode se tornar  altamente instável. Para tornar o circuito estável e diminuir a distorção é aplicado realimentação negativa em CA.
     O circuito da Figura 1 é   um amplificador EC com   realimentação negativa em CA através do resistor RE o qual não tem capacitor de desacoplamento em paralelo, o que causa a realimentação em CA. Essa realimentação (negativa) torna o ganho do circuito menos dependente do parâmetro  re e diminui a distorção, mas diminui tambem o ganho como  será mostrado.Observar que do ponto de vista CC a resistência de emissor é RE.


Figura 1 - Amplificador EC com realimentação  negativa


1.1. AEC   sem resistencia de fonte e carga infinita - Circuito equivalente em CA
       O circuito equivalente para pequenos sinais  está indicado na Figura 2. Observar que  o capacitor de CE curto circuita a resistência RE2, e portanto ela não aparece no circuito equivalente CA.

                                               ( a )                                                                                                      ( b )
Figura 2 - ( a ) Circuito equivalente CA  do amplificador com realimentação da Figura 1 ( b )  equivalente com modelo do transistor


       Com relação ao circuito da Figura 2, o resistor RE  aparece no circuito equivalente CA (não existe capacitor de desacoplamento em paralelo com o mesmo)  e é  através dele que aparecerá  uma realimentação CA que diminui o ganho, que é dado agora por:

                                                                                                                                                                                                                      eq(2)

         Do ponto de vista CC o circuito é igual ao visto na aula anterior, portanto as correntes quiescentes  são iguais. Se    RE  >>> re’   o ganho será estabilizado e dado por:

                                                                                                                                                                                                                   eq(3)

isto é, “o ganho   não depende do transistor “, só da relação  entre   as duas resistências,  nessas condições dizemos que a realimentação estabilizou  o ganho.        Na prática, o ganho varia quando trocamos o transistor, mas  é uma variação muito pequena. Isto é, “o ganho  não depende do transistor “, só da relação entre   as duas resistências, nessas condições dizemos que a realimentação estabilizou o ganho. Na prática, o ganho varia quando  o transistor é trocado, mas é uma variação muito pequena.
A analise CA do circuito  da Figura 1 e Figura 2 pode ser feita considerando o circuito equivalente CA da Figura 3.


Figura 3 - Circuito  equivalente AC do circuito da Figura 1 para freqüências baixas

Para o circuito da Figura 3:

Zentr=R1//R2//Zentr(base)                                                                                                                                                                                                                                eq(4)

Onde   Zentr(base) = b(re + RE )                                                                                                                                                                                                                   eq(5)

e    

Z saida = Rc                                                                                                                                                                                                                                                        eq(6)
com o ganho dado por:                                                                                           



Observe que Ventr=Vg pois não existe resistencia da fonte de sinal, Vg.

1.2. Amplificador EC com realimentação e com resistência de fonte (Rs) e carga (RL)
      O  amplificador EC da Figura 4 é essencialmente o mesmo da Figura 1, com a adição das resistências de fonte (Rs) e carga (RL). A resistência de fonte de sinal pode representar também a resistência de saída do estágio anterior e a carga pode representar a resistência de entrada do estágio seguinte.

        
( a )                                                                                                 ( b )

                                                                                                                           ( c )
Figura 4 - Amplificador emissor comum com realimentação -  Carga finita - Resistência de fonte não nula ( a ) circuito completo    ( b )    ( c )  equivalente em CA  

O modelo usado para determinar  a saída para uma dada entrada é o mesmo já visto na aula  anterior com a diferença que o ganho é menor pois tem realimentação. As impedancias de entrada e saida são dadas por:

Zentr=R1//R2//Zentr(base) ,   Zentr(base)= b.(re+ RE)    e    Z saida = Rc com o ganho dado por:


Observar que Ventr é diferente de Vg é menor pois existe uma divisão de tensão.

2. Amplificador Emissor Comum com realimentação parcial
    O ganho pode ser aumentado se a resistencia efetiva de realimentação for diminuida. Na Figura 5 ao inves de um unico resistor de RE=220  existem dois em serie  RE1=100 Ohms   e outro  RE2=120 Ohms  de forma que a soma seja igual a RE=220 Ohms como na Figura 1. Um desses resistores é desacoplado por um capacitor CE como na Figura 4a. Do ponto de vista CC as correntes e tensões não mudam, são as mesmas da Figura 1.


Figura 5 - AEC com realimentação parcial

Os calculos são semelhantes aos dos circuitos anteriores:

Zentr=R1//R2//Zentr(base)

Zentr(base)= b.(re+ RE1)                                                                                                                                                                                            eq(7)

Zsaida = Rc
                                                                                                                                                                                                eq(8)


Exercicio resolvido 1
No circuito da Figura 1 calcular a saida Vsaida, se Vg=1 Vpico. Considerar b=200.

Solução: Inicialmente deve ser calculado IEQ para estimar o valor de re'


No circuito VB=(2k2.12V)/(2k2+12K)=1,86 V          VE=1,86-0,7V=1,16 V  portanto    IE=1,16V/0,22k=5,27 mA portanto o valor do parametro re' vale:

re'=25mV/5,27mA=4,74 Ohms

A impedancia "olhando" na base vale:

Zentr(base)= b.(re'+RE)=200.(4,74 +220)=44948 W =45 k

A impedancia que a fonte Vg "enxerga"  vale:

Zentr=R1//R2//Zentr(base)= 12k//2k2//45k=1,78k=1,8k

A impedancia de saida

Zsaida=Rc=820

O valor do ganho entre a base e a saida

Av=Vsaida/Ventr= - Rc/RE= - 820/220= - 3,7

O circuito equivalente CA é mostrado na Figura 6, e como não existe resistencia de fonte (Rs=0) então  Ventr=Vg= 1 Vpico


Figura 6 - AEC do exercicicio resolvido com os valores calculados


Exercicio resolvido 2
Estime  o valor da tensão na saida do circuito da Figura 7.

Figura 7 - AEC com realimentação parcial - exercicio resolvido 2

Solução:  Como os valores CC são os mesmos do circuito da Figura 1, o valor de de re' é o mesmo aproximadamente 4,74 Ohms.

O RE efetivo é RE1=100 Ohms, portanto o ganho da base para o coletor vale:

AV=Vsaida/Ventr= - 820/100= - 8,2  (valor exato -820/(4,74+100)= -7,8

Então Vsaida= AV. Ventr= Av.Vg= -7,8.1Vpp= -7,8 Vpp Obs: o Sinal negativo significa defasagem de 180 Graus entre Vsaida e Vg.

A Figura 8 mostra a medida com o osciloscopio, onde o valor medido na saida é 7,419 V.

idas
Figura 8 - Medida da tensão de saida (Vsaida) e de entrada (ventr) para exercicio resolvido 2

Exercicio resolvido 3
Determine a tensão na saida, Vsaida,  do circuito da Figura 9. Considerar transistores iguais com b=200.


Figura 9 - Circuito para exercicio resolvido 3

Solução:  O circuito tem dois estagios com resistencias de polarização iguais, o que significa que as correntes quiescente de emissor são iguais, IE1=IE2=5,27 mA, então re'=4,74 Ohms.

A impedancia de entrada do primeiro estagio vale:   Zentr=R1//R2//Zentr(base1) = 12k//2k2//200.(4,74+220)=12k//2k2//44.948=1,78 k = 1,8 k
O ganho do primeiro estagio vale:

Av1=Vsaida1/Ventr1=-820/(4,74+220)=-3,64  (considerando re')

A impedancia de saida do primeiro estagio vale: Zsaida= 820 Ohms

A impedancia de entrada do segundo  estagio vale: Zentr=R1//R2//Zentr(base2) = 12k//2k2//200.(4,74+100)=12k//2k2//20948= 1,7 k
O ganho do segundo  estagio vale:

Av2=Vsaida2/Ventr2= - 820/(4,74+100)= - 7,8 (considerando re')

A partir das informações obtidas é desenhado o circuito equivalente CA, Figura 10.


Figura 10 - Circuito equivalente CA do circuito da Figura 9

Efetuandos os calculos da esquerda (entrada) para a direita (saida):

Ventr1=(1,8 k.0,4V)/1k+1,8k)=0,257 Vpp        Tem um divisor de tensão na entrada!!!!

AV1.Ventr1= (-3,64).0,257 = - 0,935 Vpp

Ventr2=Vsaida1=(1,7k.-0,935V)/(0,82k+1,7k)= -0,63 Vpp

Av2.Ventr2= (-7,8).(-0,63V)= 4,9 Vpp

Finalmente:   Vsaida2=Vsaida=(0,82k.4,9 V)/(0,82k+0,82K)= 2,45 Vpp

A Figura 11 mostra os valores da entrada (Vg) e saida (Vsaida) no osciloscopio. O valor medido de pico a pico resultou em 2,37 Vpp um pouco menor que o valor calculado (não esqueça é ELETRONICA). Provavelmente o valor mais correto é o lido pelo osciloscopio, pois o modelo que foi adotado para a analise é um modelo simplificado. Existem modelos mais complexos, como o modelo H, mas precisam de uma computação mais elaborada.


Figura 11 - Resultado das medidas no osciloscopio do exercicio resolvido 3


3. Experiencia: Amplificador Emissor Comum com realimentação
3.1. Abra o arquivo ExpEN1_28_AEC_com _realimentação_sem_Rs_e_RL  identifique o circuito da Figura 12. Inicie a simulação medindo o valor da saida de pico a pico (Vsaidapp) anotando na tabela 1. Calcule o valor do ganho por Av=Vsaidapp(medido)/Vgpp, anote como Av(medido).



Figura 12 - Circuito para experiencia
Tabela 1 - AEC com realimentação sem carga e resistencia de fonte - Valores medidos e calculados
Av(calculado)=-Rc/(re'+RE)
Vsaidapp(V)
Av(medido)=Vsaidapp(V)/Vgpp


3.2. Compare os valores medidos com os calculados.
3.3. Escreva as suas conclusões.

4. Experiencia: Amplificador Emissor Comum com realimentação com resistencia de fonte e de carga
4.1. Abra o arquivo ExpEN1_29_AEC_com_realimentacao_com_Rs_e_RL  identifique o circuito da Figura 13.
4.2. Inicie a simulação medindo o valor da saida de pico a pico (Vsaidapp) e do sinal na base, Ventrpp, anotando na tabela 2. Em seguida  calcule o valor do ganho entre a  base e a saida por Av=Vsaidapp(medido)/Ventrpp anote como Avparcial(medido).

Obs: Para facilitar a medida de Ventrpp, ligue a chave de entrada do osciloscopio em AC, desta forma será mostrado somente o sinal. Con a chave em DC aparece o sinal mais a componente de polarização (CC). Use os dois cursores para medir.

Figura 13 - AEC com realimentação com carga e resistencia de fonte
Tabela 2 - AEC com realimentação com  carga e resistencia de fonte - Valores medidos e calculados
Avparcial(teorico)
AvT(teorico)
Zentr(teorico)Vsaidapp (V)
Ventrpp(V)
Avparcial(medido)
AvT(medido)
Zentr(medido)



4.2. Tendo medido o sinal na base, isto é, somente a parte alternada (Ventrpp), como voce sabe qual  o valor de pico a pico do gerador (Vgpp) calcule a impedancia de entrada (Zentr) por:

                                                                                                                                                                                         eq(8)

Ventrpp  é medido  no osciloscopio                             Rs=1 k    ee   Vgpp=2 Vpp é dado

Anote o valor de Zentr assim determinado como Zentr(medido) na tabela 2.
4.3.Calcule o ganho total por AvT(calculado)=Vsaida/Vg. Anote na tabela 2.
4.4. Determine o ganho total por AvT=Vsaidapp/Vgpp, anote na tabela 2.
4.5. Compare os valores obtidos por medida com os valores teoricos calculados.

5. Experiencia:Amplificador Emissor Comum com realimentação parcial
5.1. Abra o arquivo ExpEN1_30_AEC_com_realimentacao_parcial_e_com_resistencia_de_fonte_e_carga identifique o circuito da Figura 14. Inicie a simulação medindo o valor da saida de pico a pico (Vsaidapp) e do sinal na base, Ventrpp, anotando na tabela 3. Em seguida  calcule o valor do ganho entre a  base e a saida por Av=Vsaidapp(medido)/Ventrpp anote como Avparcial(medido).

Figura 14 - AEC
Tabela 3 - AEC com realimentação parcial com  carga e resistencia de fonte - Valores medidos e calculados
Avparcial(teorico)
Vsaidapp/Ventrpp
AvT(teorico)
Vsaidapp/Vgpp
Zentr(teorico)
Vsaidapp (V)
Ventrpp(V)
Avparcial(medido)
AvT(medido)
Zentr(medido)



5.2. Tendo medido o sinal na base (Ventrpp), e  como é conhecido o valor de pico a pico do gerador (Vgpp) calcule a impedancia de entrada (Zentr).



Anote o valor de Zentr assim determinado como Zentr(medido) na tabela 3.

5.3.Calcule o ganho total (usando as expressões)  AvT(calculado)=Vsaida/Vg. Anote na tabela 3.
5.4. Determine o ganho total por AvT=Vsaidapp/Vgpp, anote na tabela 3.
5.5. Compare os valores obtidos por medida com os valores teoricos calculados.
5.6. Escreva as suas conclusões.
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