Apostila I EE641 - DSIF
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1. 15V O R R R Rs 10kQ 10kQ 10kQ 120kQ Q Q a Q a O Da Bc337 BC327 BCc327 BC327 2 3 Y3 ar SESTA TR 03 30 2ESTI n2 PROTA CA A CAB 2 DIODO 1 2 2 3 resto EE D sz OUT IN Q Q IN o 2i li Lmsb o mT D 5z Ve 5 1 mM mm 2 3 PROT B 2 LT LI 3EST B 2 POL DIF 13 Ou OQ LM3046 ar Pa O par LM3046 LM3046 Q R 27509 R 7500 isv O Fig 6 Utilizando o amplificador operacional da Fig 6 2 3 Monte um amplificador inversor que tenha ganho 10 e verifique experimentalmente se o valor de ganho medido corresponde ao valor projetado fEED VA EE641 Laborat rio de Eletr nica 11 3 a dd EE641 Lab de Eletr nica ll Apostila Vers o 2 0 2 4 Monte um amplificador n o inversor de ganho 50 e verifique experimentalmente se o valor de ganho medido corresponde ao valor projetado 2 5 Verifique se o amplificador est vel em frequ ncia Caso n o seja mostre como compens lo e implemente no circuito montado Mostre o resultado imprima a tela do oscilosc pio 2 6 Determine experimentalmente qual a m xima excurs o do sinal de sa da Justifique 2 7 Com o amplificador operando em malha aberta me a os tempos de subida e descida da tens o na sa da aplicando um sinal na entrada de grande amplitude Relacione estes tempos com a corrente de polariza o do par diferencial de entrada e com o capacit2. EE641 Lab de Eletr nica ll Apostila Vers o 2 0 4 3 Amplificador Diferencial com carga ativa e resistor como fonte de corrente POL DIF Figura 5 Esquema da configura o 3 Now No 3 3 3 3 3 3 3 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 lt x m Q lt x o FA i m H o o a 2 e w o S S w t W W A A A o o o fEED KYA EE641 Laborat rio de Eletr nica 19 ne a ay EE641 Lab de Eletr nica ll Apostila Vers o 2 0 4 4 Amplificador Diferencial com carga ativa e transistor como fonte de corrente Figura 6 Esquema da configura o 4 N Q e N O TUTREREE lt a m lt Q E m m lt 2 2 o g Q 5 S i A A yr o o o fEED VA EE641 Laborat rio de Eletr nica 20 3 a d EE641 Lab de Eletr nica ll Apostila Vers o 2 0 4 5 Amplificador de Dois Est gios Par Diferencial Emissor Comum POL DIF Q3i Figura 7 Esquema da configura o 5 N mw e N w TUTREEEE a m lt o E u m lt 5 5 kb E 8 E 8 3 3 E g B g 3 z a e VA EE641 Laborat rio de Eletr nica Il 21 EEC KA EE641 Lab de Eletr nica ll Apostila Vers o 2 0 4 6 Amplificador Operacional com est gio de sa da em classe B sem prote o dos transistores Figura 8 Esquema da configura o 6 o NN O N W NN w PEROREE PROT A PROT B 3EST B 3EST A DIODO 2EST POL DIF CAB CAA fEED KYA EE641 Laborat rio de Eletr
3. todo para medir o ganho e aplique o m todo neste circuito 15V R R R Rs 10kQ 10kQ 10kQ 120kQ Q gt A Q ts Q BC327 BC327 BC327 e 2 1 3 o O d3 3 2EST 2EST 3ESTA CAA CA 2 R 02 20 TER 1EST o o 4 1 47kQ 02 IN Q Q HYt pioDo O Via Lado E ii td q 1 ITTI Ve sm a2 POL DIF 13 Qai O LM3046 ad has Os LM3046 LM3046 R Rai 15V Fig 5 Observa o Em todas as etapas do experimento comente as observa es e justifique eventuais discrep ncias entre valores medidos e calculados Configura o dos Jumpers Roteiro 1 CAA CAB POVDIF 2EST DIODO SESTA Figuras 12 12 233 EEE a Ooo Figuras 23 23 23 t2 gt so KVA EE641 Laborat rio de Eletr nica II 10 EEC af EE641 Lab de Eletr nica ll Apostila Vers o 2 0 Exp 2 Amplificador operacional O circuito da Fig 6 resulta de uma modifica o feita no circuito do amplificador de tens o tratado no roteiro anterior Fig 5 Foi acrescentado um EST GIO DE SA DA formado por dois transistores complementares OBS Me a o ganho de corrente de Q4 e Q5 antes de sold los na placa 2 1 Explique a fun o deste est gio adicional 2 2 Calcule literalmente o ganho de tens o em baixa frequ ncia malha aberta deste amplificador Calcule numericamente o ganho considerando B 100 e RL 10 kQ
4. VDD GND e VSS KVA EE641 Laborat rio de Eletr nica Il 7 KA EE641 Lab de Eletr nica ll Apostila Vers o 2 0 4 ROTEIROS DOS EXPERIMENTOS Exp 1 Amplificador diferencial com carga ativa Considerando o amplificador diferencial polarizado com um espelho de corrente mostrado na Fig 3 1 1 Determine o valor de R3i tal que o ganho de tens o incremental A Vo1 Vo2 AVe seja de 40dB 1 2 Monte o circuito e verifique se o resultado experimental confirma a expectativa 1 3 Me a o ganho unilateral ou seja tomando como sa da a tens o Vo2 referida ao terra e n o a diferen a entre Vo1 e Vo2 15V o R R Rs 100kQ 100kQ 120kQ Vol Vo2 Oo 1 1 CA A CA B 2 2 IN IN Q O Das A Ay LM3046 LM3046 vO T POL DIF i O Q LM3046 LM3046 i Rs 15V o Fig 3 1 4 Aque a o Cl com o ferro de soldar e observe o efeito no ponto de opera o e no ganho do circuito Justifique N A EE641 Laborat rio de Eletr nica II 8 Eeo Co EE641 Lab de Eletr nica ll Apostila Vers o 2 0 A Fig 4 mostra um amplificador diferencial com carga ativa Os resistores R e R do circuito anterior foram substituidos por um espelho de corrente Q Q R e R Monte este circuito implementando o espelho com transistores PNP discretos BC327 e 1 5 Calcule o ganho unilateral em
5. baixa frequ ncia Compare com o item 3 e justifique o resultado 1 6 Com a entrada Ve OV ajuste Vseg at que a corrente est tica em Roc Se anule Nesta condi o 15V R R Rs 10kQ 10kQ 120KQ Q go 2 1 md BC327 Roso d 1 100kQ a3 30 JEST CAA CAB d2 ny 02 ii p SEG 1EST AT IN IN N Qni Qi a Ve A LM3046 LM3046 IT TUA 2 POL DIF 3 P Q ha Os LM3046 LM3046 Ry 15V Fig 4 1 7 Me a a resposta em frequ ncia tendo como sa da o sinal em 1EST e estime o valor da capacit ncia associada ao n de sa da 1 8 Compare o valor medido do ganho em baixa frequ ncia com o valor calculado 1 9 Acrescente um capacitor de 330 pF em paralelo com Rsec me a a resposta em frequ ncia fEED VA EE641 Laborat rio de Eletr nica 9 3 a dd EE641 Lab de Eletr nica ll Apostila Vers o 2 0 O circuito mostrado na Fig 5 corresponde a um amplificador de dois est gios formado por um est gio diferencial de entrada cuja saida 1EST amplificada atrav s de um est gio Emissor Comum Monte este circuito com o valor de R4i igual ao de R3i 1 10 Calcule o ganho de baixa frequ ncia A 2EST AVe 1 11 Identifique qual o terminal de entrada inversor e n o inversor com rela o a sa da do primeiro est gio 1EST e do segundo est gio 2EST 1 12 Ajuste a tens o Ve at que a corrente est tica em Rer se anule Nesta condi o proponha um m
6. 0 EE641 Lab de Eletr nica ll Apostila Vers o 2 0 ESC E SEPS Ss Z1 Z2 R3 gt D1N750 4 60KQ RIA R2 8KQ RIB 15002 O HS sa da l R 20kQ C 100nF P Ls som 100nF Fig 7 Obs Use diodos Zener de 4 7V ou 6 8V fee KVA EE641 Laborat rio de Eletr nica Il 14 e a dd EE641 Lab de Eletr nica ll Apostila Vers o 2 0 5 CONFIGURA ES DE INTERESSE Existem basicamente 9 combina es interessantes que a placa pode ser utilizada descritas abaixo Configura o Descri o Amplificador Diferencial com carga passiva e 1 resistor como fonte de corrente Amplificador Diferencial com carga passiva e 2 transistor como fonte de corrente Amplificador Diferencial com carga ativa e 3 resistor como fonte de corrente Amplificador Diferencial com carga ativa e 4 transistor como fonte de corrente Amplificador de Dois Est gios par diferencial 5 emissor comum Amplificador Operacional com est gio de sa da 6 em classe B sem prote o dos transistores Amplificador Operacional com est gio de sa da 7 em classe B com prote o dos transistores Amplificador Operacional com est gio de sa da 8 em classe AB sem prote o dos transistores Amplificador Operacional com est gio de sa da 9 em classe AB com prote o dos transistores Tabela 1 Configura es Interess
7. 3046 deea KYA EE641 Laborat rio de Eletr nica Il 26 E a ay
8. UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS Apostila do Laborat rio de Eletr nica ll EE641 FEEC UNICAMP Vers o 2 Prof Fabiano Fruett FACULDADE DE ENGENHARIA EL TRICA E DE COMPUTA O EE641 Lab de Eletr nica ll Apostila Vers o 2 0 INDICE 1 Jntroduc o RR RR CR RR END RR RR aa es 03 2 Descri o do CifcuitO eseesaneaneeneeanrnannnnrrnnnnnrnnrrnrrnernnnnnnnnne 04 3 Descri o da placa de circuito iIMpresso temem 06 4 Configura es de M eressO sena isiraraEiradissidpasmadadisisTaasa sie das 08 4 1 Amplificador Diferencial com carga passiva e resistor como fonte de corrente iiitirtmtentenes 710 4 2 Amplificador Diferencial com carga passiva e transistor como fonte de corrente iiiittterm 11 4 3 Amplificador Diferencial com carga ativa e resistor como fonte de corrente emeemesresereeeesses 12 4 4 Amplificador Diferencial com carga ativa e transistor como fonte de corrente iiittteem 13 4 5 Amplificador de Dois Est gios par diferencial Ca Ere aee E PE e DI Senna Ga ASARO 14 4 6 Amplificador Operacional com est gio de sa da em classe B sem prote o dos transistores de sa da 15 4 7 Amplificador Operacional com est gio de sa da em classe B com prote o dos transistores de sa da 16 4 8 Amplificador Operacional com est gio de sa da em classe AB sem prote o dos transistores de sa da 17 4 9 Amplificador Operacional co
9. antes que podem ser analisadas na placa experimental A Tabela 2 detalha cada configura o facilitando a visualiza o de cada montagem fee UN EE641 Laborat rio de Eletr nica Il 15 EE641 Lab de Eletr nica ll Apostila Vers o 2 0 PAR DIFERENCIAL EST DE SA DA CARGA POLARIZA O PROTE O CLASSE PASSIVA ATIVA PASSIVA ATIVA B AB 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Tabela 2 Detalhe das configura es interessantes A seguir o esquem tico de cada configura o ser mostrado assim como a respectiva posi o de cada jumper deea VA EE641 Laborat rio de Eletr nica Il 16 dd EE641 Lab de Eletr nica ll Apostila Vers o 2 0 4 1 Amplificador Diferencial com carga passiva e resistor como fonte de corrente Figura 3 Esquema da configura o 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 x PROT A PROT B 3EST B 3EST A DIODO 2EST CA CA POL DIF ED KVA EE641 Laborat rio de Eletr nica 17 e a d EE641 Lab de Eletr nica ll Apostila Vers o 2 0 4 2 Amplificador Diferencial com carga passiva e transistor como fonte de corrente POL DIF Q3i Figura 4 Esquema da configura o 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 x PROT A PROT B 3EST B JEST A DIODO 2EST CA CA POL DIF fEED KYA EE641 Laborat rio de Eletr nica Il 18 ne a ay
10. e circuito impresso brevemente explicada 4 Os circuitos eletr nicos mais interessantes que podem ser montados na placa s o descritos na se o 4 5 Na se o 5 constam os esquemas dos transistores e do circuito integrado utilizado na placa Prof Fabiano Fruett fEED KVA EE641 Laborat rio de Eletr nica 3 3 a d EE641 Lab de Eletr nica ll Apostila Vers o 2 0 Julho de 2011 2 DESCRI O DO CIRCUITO O circuito basicamente um amplificador operacional bipolar o qual pode ser montado passo a passo atrav s da configura o apropriada de jumpers Como pode ser observado na Figura 1 O amplificador operacional possui tr s est gios O est gio de entrada composto por um par diferencial transistores Q1i Q2i o qual pode ter uma carga ativa transistores Q1 Q2 juntamente com os resistores R1 R2 ou passiva resistores R1 R2 VYDD OUT R1i2i R3i VSS Figura 1 Esquema do circuito do Amplificador Operacional deea UN EE641 Laborat rio de Eletr nica II 4 EE641 Lab de Eletr nica ll Apostila Vers o 2 0 A corrente de lastro que alimenta ambos os transistores do par diferencial tamb m pode ser gerada de duas formas um simples resistor R1i2i ou um transistor bipolar Q3i e um resistor R3i ambos exercendo a fun o de uma fonte de corrente O segundo est gio composto pelo amplificador emissor comum formado pelo transistor Q3 juntamente com a f
11. m est gio de sa da em classe AB com prote o dos transistores de sa da 16 5 Pinagem dos transistores e do circuito integrado tili zado na plaCa pad SA Ds A eia da a sad 19 e Va EE641 Laborat rio de Eletr nica Il 2 EE641 Lab de Eletr nica ll Apostila Vers o 2 0 7 INTRODU O Esta apostila compila as informa es b sicas para que o aluno de EE641 Laborat rio de Eletr nica II monte e caracterize um amplificador operacional bipolar A primeira vers o deste documento batizada de Manual de Instru es da Placa Experimental foi elaborada pelo monitor Murilo Pilon Pessatti em setembro de 2003 que fez um excelente trabalho coordenado pelo Prof Carlos Alberto dos Reis Filho Este curso laborat rio se baseia na teoria apresentada em EE530 e EE640 Eletr nica B sica I e II respectivamente Nesta vers o do documento inclu mos os roteiros dos experimentos A cada passo da montagem deste circuito o aluno estimulado a realizar as an lises de ponto de opera o e de pequenos sinais quando for o caso Na sequ ncia o aluno deve realizar as medidas e tirar suas pr prias conclus es A compara o entre os valores te ricos esperados e os valores experimentais obtidos inevit vel e favorece assim uma valiosa discuss o em sala de aula O manual est dividido em 5 partes 1 Introdu o 2 Na se o 2 o esquema do circuito contido na placa descrito 3 Na se o 3 a placa d
12. nica 22 ne a ay EE641 Lab de Eletr nica ll Apostila Vers o 2 0 4 7 Amplificador Operacional com est gio de sa da em classe B com prote o dos transistores Figura 9 Esquema da configura o 7 w w an N N N ERERENE o mo mo 4 amp 4 O p L mi e Ebe o HH fa S S B g 2 N 5 8 5 9 Y Qo Y aA o fEED VA EE641 Laborat rio de Eletr nica 23 3 a dd EE641 Lab de Eletr nica ll Apostila Vers o 2 0 4 68 Amplificador Operacional com est gio de sa da em classe AB sem prote o dos transistores Figura 10 Esquema da configura o 8 Now Now 3 3 3 3 3 3 3 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 lt 0 QA o lt QO L g e Be b HH fa S B RR 8 8 5 3 amp SB Y Qo Y aA o fEED VA EE641 Laborat rio de Eletr nica 24 3 a d EE641 Lab de Eletr nica ll Apostila Vers o 2 0 4 9 Amplificador Operacional com est gio de sa da em classe AB com prote o dos transistores Figura 11 Esquema da configura o 9 N tm e N G EEBERESE lt o e O O g e be O e RR E g N 5 5 8g Zoo SB Y aA o fee KYA EE641 Laborat rio de Eletr nica Il 25 ne a ay EE641 Lab de Eletr nica ll Apostila Vers o 2 0 5 PINAGEM DOS TRANSISTORES E CIRCUITO INTEGRADO 1 Collector A 1 Collector A 2 Base f 2 Base 3 Emitter 3 Emitter J BC327 BC337 SUBSTRATO LM
13. onte de corrente formada pelo transistor Q4i e pelo resistor R4i O est gio de sa da formado pelos transistores Q4 e Q5 que est o na configura o coletor comum onde o ganho de tens o aproximadamente igual unidade Os transistores Q6 e Q7 juntamente com os resistores R64 e R75 t m a fun o de limitar a corrente dos transistores do est gio de sa da caso elas excedam um determinado limite controlado pelo valor dos resistores R64 e R75 O est gio de sa da tamb m tem a op o de operar em classe B quando os diodos D1 e D2 n o est o conectados ou classe AB quando D1 e D2 s o introduzidos no circuito O transistor Q5i associado ao resistor R5i utilizado como fonte de refer ncia para gerar as correntes de polariza o do circuito Os terminais denominados Vsecg e Vreer s o utilizados quando se pretende analisar os est gios do amplificador operacional separadamente ED KVA EE641 Laborat rio de Eletr nica Il 5 e a d EE641 Lab de Eletr nica ll Apostila Vers o 2 0 3 DESCRI O DA PLACA DE CIRCUITO IMPRESSO A Figura 2 mostra a foto da placa de circuito impresso Ver 1 1 Note que na foto a placa est rotacionada de 180 Observa se que na parte superior encontram se os jumpers que est o esquematizados na Figura 1 Come ando da esquerda para a direita tem se v v E E Q m m a gt D 5 a gt Figura 2 Placa de Circuito Impresso CA A e CA B g
14. or utilizado para a compensa o em frequ ncia 2 8 Utilizando o amplificador operacional da Fig o monte um integrador que tenha uma constante de tempo de 1uS e 2 9 Verifique a forma de onda na sa da aplicando na entrada uma onda quadrada Estabele a valores adequados de amplitude e freqU ncia OBS No relat rio coloque as figuras na sequ ncia do texto fEED KVA EE641 Laborat rio de Eletr nica Il 12 e a d EE641 Lab de Eletr nica ll Exp 3 Oscilador Na figura abaixo mostrado o esquema de um oscilador senoidal conhecido como Ponte de Wien cuja frequ ncia de oscila o dada pela express o F 27RC 3 1 Explique quais condi es que devem ser satisfeitas 3 2 para que o circuito oscile Calcule o valor de R2 para satisfazer uma das condi es 3 3 Qual a fun o de Z1 Z2 e R3 no circuito 3 4 3 5 Monte o oscilador a Ponte de Wien usando um amplificador operacional OP741 e ajuste os componentes RC s rie e RC paralelo at que o circuito oscile Registre a forma de onda de sa da Me a a componente espectral do sinal de sa da Comente Troque o OP741 pelo amplificador operacional desenvolvido durante o curso Registre a forma de onda no terminal de sa da e tamb m sua componente espectral Comente sobre as diferen as observadas entre as duas montagens fEED KVA EE641 Laborat rio de Eletr nica Il 13 e a d Apostila Vers o 2
15. t Permitem escolher a carga do par diferencial entre ativa ou passiva POL DIF gt Permite escolher a maneira de gerar a corrente alimenta o do est gio de entrada atrav s de um resistor ou de uma fonte de corrente KVA EE641 Laborat rio de Eletr nica Il 6 EEC aT EE641 Lab de Eletr nica ll Apostila Vers o 2 0 ZEST gt Conecta a sa da do est gio de entrada no segundo est gio ou d acesso ao terminal VseG atrav s do resistor RsEG DIODO gt Conecta ou n o os dois diodos para permutar a opera o do est gio de sa da em classe B ou AB 3EST A Conecta a sa da do segundo est gio ao transistor Q4 do est gio de sa da ou ao terminal VTER atrav s do resistor RTER SEST B s Conecta ou n o o transistor Q5 ao segundo est gio PROT B gt Habilita ou n o a prote o contra curto circuito do transistor Q5 PROT A Habilita ou n o a prote o contra curto circuito do transistor Q4 Na lateral esquerda da placa tem se acesso aos terminais dos n s mais importantes do amplificador terminais de entrada IN e IN terminal de sa da OUT sa da do primeiro est gio 1EST e sa da do segundo est gio 2EST Os terminais VSEG e VTER s o acessados quando feita a an lise dos est gios separadamente Os nove pinos que se encontram ao lado dos terminais est o todos conectados ao terra GND do circuito A alimenta o do circuito feita atrav s dos pinos
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