Licenciatura em
Engenharia Electrónica
Circuitos Electrónicos Básicos
Laboratório
Montagens amplificadoras de fonte comum, porta comum e
dreno comum
IST-2012
Circuitos Electrónicos Básicos – 4º Trabalho de Laboratório
Objectivos
Com este trabalho pretende-se que os alunos observem a resposta em frequência de
amplificadores com transístores MOS determinando as frequências de corte de alta e
baixa frequência.
Lista de Material
O equipamento utilizado neste trabalho inclui o equipamento disponibilizado nas
bancadas do laboratório e os seguintes elementos de circuito:
a. Transístor BS170: Vt=2V, A=32mAV-2
b. Resistências – 2k10k27k100k
c. Condensador 1F (2), 47F
Nota: Nas figuras 1-6 a resistência Ri é a resistência interna da fonte de tensão vi.
Preparação do Laboratório
I. Dimensionamento da malha de polarização e análise do desempenho com a
frequência dos amplificadores
1. Montagem de fonte comum
RD
R1
+
VCC
-
a
iL
iD
ii
CC
iG
vDS
Ri
+
vi
-
R2
CL
RL
vGS
RS
CS
vL
a’
Figura 1 – Circuito amplificador. VDD=20V, R2=27kR1=100k RS=2k
RD=RL=10kCC = CL =1F e CS =47F.
Considere o circuito da figura 1. Nestas condições:
1. Calcule o ponto de funcionamento em repouso do circuito.
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2. Calcule o ganho incremental vL/vi no ponto de funcionamento em repouso
calculado em 1.
3. Recorrendo ao método das constantes de tempo de curto-circuito determine a
frequência de corte de baixa frequência fL associada ao ganho vL/vi.
4. Recorrendo ao método das constantes de tempo de circuito aberto determine
a frequência de corte de alta frequência fH associada ao ganho vL/vi.
2. Montagem de dreno comum
RD
R1
+
VCC
-
iD
ii
CC
iG
vDS
Ri
+
vi
-
R2
CL
vGS
RS
iL
RL
a
vL
a’
Figura 2 – Circuito amplificador de dreno comum. VDD=20V,
R2=27kR1=100k RS=2k RD=RL=10kCC = CL =1F e CS =47F.
Considere o circuito da figura 2. Nestas condições:
1. Calcule o ganho incremental vL/vi no ponto de funcionamento em repouso.
2. Recorrendo ao método das constantes de tempo de curto-circuito determine a
frequência de corte de baixa frequência fL associada ao ganho vL/vi.
3. Recorrendo ao método das constantes de tempo de circuito aberto determine
a frequência de corte de alta frequência fH associada ao ganho vL/vi.
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3. Montagem de porta comum
+
VCC
-
RD
R1
a
CL
iL
iD
CS
iG
R2
vDS
Ri
vGS
RS
CC
a’
ii
RL
vL
+
vi
-
Figura 3 – Circuito amplificador de porta comum. VDD=20V,
R2=27kR1=100k RS=2k RD=RL=10kCC = CL =1F e CS =47F.
Considere o circuito da figura 3. O ponto de funcionamento em repouso é igual
ao do circuito da figura 1 (Porquê?). Nestas condições:
1. Calcule o ganho incremental vL/vi no ponto de funcionamento em repouso.
2. Recorrendo ao método das constantes de tempo de curto-circuito determine a
frequência de corte de baixa frequência fL associada ao ganho vL/vi.
3. Recorrendo ao método das constantes de tempo de circuito aberto determine
a frequência de corte de alta frequência fH associada ao ganho vL/vi.
II. Simulação
No programa SPICE introduza os esquemas correspondentes aos circuitos das figuras 13 e:
1. Faça uma análise transitória aplicando um sinal vi sinusoidal com uma
amplitude de 10mV e de frequência 10kHz. Observe as tensões vL e vi e
calcule o ganho de tensão. Obtenha os valores correspondentes ao ponto de
funcionamento em repouso.
2. Faça a análise AC do circuito variando a frequência logaritmicamente entre
10Hz e 100MHz, para RL=10k Recorrendo aos cursores do SPICE
determine:
a. O ganho na banda de passagem.
b. As frequências de corte de baixa e de alta frequência (fL, fH).
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Trabalho experimental
1. Montagem de fonte comum
Efectue a montagem da figura 4.
RD
R1
+
VCC
-
a
iL
iD
CC
ii
iG
CL
vDS
Ri
R2
+
vi
-
RL
vGS
RS
CS
CH1
vL
a’
CH2
OSC.
Figura 4– Circuito amplificador de fonte comum. VDD=20V, R2=27kR1=180k
RS=2k RD=10kCC = CL =680nF e CS =22F.
Efectue as seguintes medidas:
1. Valores das resistências - Com o multímetro meça o valor real de todas as
resistências do circuito.
2. Ponto de funcionamento em repouso - Com o multímetro no modo DC meça
as tensões contínuas na fonte de tensão VCC e nas resistências R1, R2, RD, RS.
A partir dos valores medidos calcule ID, VGS e VDS.
3. Medida da resposta em frequência do amplificador - Aplicando um sinal
sinusoidal de amplitude 10mV em vi, meça com o osciloscópio o valor da
tensão na saída vL, para RL=10k, variando a frequência de acordo com o
indicado na tabela seguinte. Coloque o CH2 no modo AC.
f(Hz)
vi (V)
vL(V)
10
102
103
104
105
106
107
4. Medição com o osciloscópio da resposta em frequência
Programando o gerador de funções para fazer um varrimento em frequência
(ver apêndice A), mantendo a amplitude da sinusóide constante, observa-se a
variação do sinal vL com a frequência no osciloscópio. Meça as frequências
fL e fH.
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Circuitos Electrónicos Básicos – 4º Trabalho de Laboratório
2. Montagem de dreno comum
Efectue a montagem da figura 5 partindo da montagem da figura 4. Assim:
1. Retire a capacidade CS.
2. Na figura 4 o circuito série constituído por RL e CL está ligado entre o terminal
de dreno e o terminal a’. Desligue o condensador CL do terminal de dreno e
ligue-o ao de fonte.
RD
R1
+
VCC
-
iD
ii
CC
iG
vDS
Ri
R2
+
vi
-
CL
vGS
RS
iL
RL
a
vL
a’
CH1
CH2
OSC.
Figura 5 – Circuito amplificador de fonte comum. VDD=20V, R2=27kR1=180k
RS=2k RD=10kCC = CL =680nF e CS =22F.
Efectue as seguintes medidas:
1. Ponto de funcionamento em repouso – Verifique que o ponto de
funcionamento em repouso é semelhante ao da montagem de fonte comum.
2. Medida da resposta em frequência do amplificador - Aplicando um sinal
sinusoidal de amplitude 10mV em vi, meça com o osciloscópio o valor da
tensão na saída vL, para RL=10k, variando a frequência de acordo com o
indicado na tabela seguinte. Coloque o CH2 no modo AC.
f(Hz)
vi (V)
vL(V)
10
102
103
104
105
106
107
3. Medição com o osciloscópio da resposta em frequência
Programando o gerador de funções para fazer um varrimento em frequência
(ver apêndice A), mantendo a amplitude da sinusóide constante, observa-se a
variação do sinal vL com a frequência no osciloscópio. Meça as frequências
fL e fH.
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3. Montagem de porta comum
Efectue a montagem da figura 6 a partir da montagem da figura 5. Assim:
1. Desligue CL do terminal de fonte e ligue-o de novo ao terminal de dreno.
2. Na figura 5 o circuito série constituído por vi e CC está ligado entre o terminal de
porta e o terminal a’. Desligue o condensador CC do terminal de porta e ligue-o
ao de fonte.
3. Ligue CS entre o terminal de porta e o terminal a’.
RD
R1
+
VCC
-
a
CL
iL
iD
CS
iG
R2
vDS
Ri
vGS
CC
RS
a’
CH1
RL
ii
vL
+
vi
-
CH2
OSC.
Figura 6 – Circuito amplificador de porta comum. VDD=20V, R2=27kR1=180k
RS=2k RD=10kCC = CL =680nF e CS =22F.
Efectue as seguintes medidas:
1. Ponto de funcionamento em repouso - Verifique que o ponto de
funcionamento em repouso é semelhante ao da montagem de fonte comum.
2. Medida da resposta em frequência do amplificador - Aplicando um sinal
sinusoidal de amplitude 10mV em vi, meça com o osciloscópio o valor da
tensão na saída vL, para RL=10k, variando a frequência de acordo com o
indicado na tabela seguinte. Coloque o CH2 no modo AC.
f(Hz)
vi (V)
vL(V)
10
102
103
104
105
106
107
3. Medição com o osciloscópio da resposta em frequência
Programando o gerador de funções para fazer um varrimento em frequência
(ver apêndice A), mantendo a amplitude da sinusóide constante, observa-se a
variação do sinal vL com a frequência no osciloscópio. Meça as frequências
fL e fH.
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Circuitos Electrónicos Básicos – 4º Trabalho de Laboratório
Conclusões
Dos resultados experimentais obtidos determine:
1. O ganho incremental v0/vi das montagens de fonte, porta e dreno comum.
Compare com os resultados teóricos e de simulação.
2. Compare os valores das frequências de corte fL e fH de cada uma das montagens
com os valores teóricos e de simulação.
3. Compare os resultados obtidos com as três montagens efectuadas quanto ao
ganho de tensão vL/vi e à resposta em frequência.
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