Projeto de Amplificador Emissor Comum: Seleção de Transistor BC547 e Cálculo de Componentes

MODEL MPSH10 NPNIS56E16 ISE6367f ISC1f XTI3 BF133 BR8 IKF25E2 IKR1E2 XTB15 VAF150 BF133 precisa ter 1V de amplitude e 11MHz de frequencia precisa ser 5V de alimentação precisa ser de 50 ohms Projeto Amplificador emissor comum Figura 1 Diagrama do amplificador emissor comum Tendo conhecimento dos requisitos iniciais do projeto Vin para 1 V 11 MHz Carga de 5 V e potência de saída desejada de 15 W podemos iniciar o projeto com a seleção do transistor Foi escolhido o modelo BC547 por ser facilmente encontrado no mercado e utilizado em projetos de prototipagem A Figura 2 demonstra as curvas de operação do transistor que vai ser futuramente utilizada para determinar parâmetros de cálculos Figura 2 Gráfico de corrente de coletor por Vce Iniciamos o projeto determinando a tensão cc desejada no resistor de emissor RE como o sinal de entrada do amplificador tem tensão de pico de 1 V foi adotado esse valor a fim de evitar a saturação do sinal de saída durante o ciclo negativo O ponto quociente de operação deve ser escolhido com base na tensão de alimentação do amplificador nesse caso foi adotado 12 V Idealmente a tensão VCE deve corresponder a metade da tensão de alimentação do amplificador desta forma melhor garantindo que o sinal amplificado não passe pela as regiões de saturação como demonstrado na Figuras 3 Figura 3 Demonstração da regiões de saturação ao se utilizar TBJ como amplificador Desta forma 1V CEQ12V1V 2 55V A corrente máxima suportada pelo transistor BC547 é de 100 mA com base em datasheet Desta forma a resistência do coletor RC pode ser calculada uma vez que VCE máximo é conhecido a tensão de alimentação 12 V menos a tensão no resistor do emissor 1 V 2 RCVccV ℜ I C MAX 12V1V 01 A 110Ohms Com base nesse valor podemos determinar a corrente de coletor desse sistema 3 I CQ V CEQ RC 55V 110Ohms 005 A Analisando o gráfico de operação do BC547 podese inferir que a corrente da base no ponto de operação determinado é de aproximadamente 200 µA Sendo assim a corrente no emissor será de 4 I EQI CQI B Q 005 A200µ A00502 A Se a tensão projetada para o resistor de emissor é de 1 V o valor da resistência do emissor pode ser encontrado 5 RE 1V 00502 A 20Ohms Para polarizar o transistor corretamente os resistores R1 e R2 devem ser projetados de tal forma que a tensão na base seja Vbe 07 V mais tensão no resistor do emissor 1 V Idealmente deseja se que a corrente no resistor R1 corresponda a 10 vezes o valor da corrente de base desta forma podemos calcular os valores das resistências 6 R2 V B 10I B Q 17V 10200µ A850Ohms 7 R1VccV B 11I B Q 12V17V 11200µ A 4682Ohms Com base nos valores calculados podemos analisar o circuito por meio do modelo de transistor em AC e determinar os ganhos de tensão do sistema como exemplificado na Figura 4 Figura 4 Modelo AC do sistema do amplificador emissor comum com RE Obtendo as expressões de tensão da entra e saída do sistema podemos obter a seguinte equação de ganho 8 AVRLRC RErE Como a carga a ser alimentada pelo amplificador possui valor de 50 Ohms a mesma terá um impacto considerável no ganho de tensão do sistema reduzindo seu valor uma vez que a impedância de saída será aproximadamente o valor da carga considerando RC maior que RL isso limita o ganho máximo que o sistema pode ter Além disso é importante considerar a influencia do capacitor de emissor C0 na Figura 1 A formula do ganho encontrada na equação 8 só é válida para sinais de baixa frequência quando o sistema opera em altas frequências a impedância do capacitor tende a reduzir significativamente agindo como um curto circuito e assim removendo o efeito de RE no modelo Desta forma o ganho passa a ser 9 AV RLRC r E A resistência interna do emissor pode ser calculada com a expressão da equação 10 10r E25mV I E 25mV 00502 A 0498Ohms A resistência de saída do sistema pode ser calculada 11RL RC RCRL RCRL 34Ohms Sendo assim podemos calcular os ganhos do amplificador projetado tendo em vista que foi aproveitado o máximo que o sistema pode fornecer sem comprometelo 12 AV Baixas FreqRL RC RErE 168 13 AV Alt as Freq RLRC r E 69 Parase determinar os valores das capacitâncias do sistema é necessário observar como os mesmos vão se comportar no circuito O capacitor deve ser projeto considerando que o mesmo junto com a resistência da carga irá agir como um filtro passa altas O valor da frequência de corte adotado for de 1 kHz filtrando assim todo o sinal CC e mantendo a componente AC 14 C 1 2πf R 1 2π100050 3 μF Para o capacitor do emissor é desejável que seja selecionado um valor consideravelmente alto para que o amplificador tenha seu ganho maximizado em altas frequências O Circuito projetado pode ser observado na Figura 5 e seus gráficos de operação simulados no LTSpice demonstrados na Figura 6 e 7 Figura 5 Circuito projetado Figura 6 Simulação sem o Capacitor de emissor ganho de baixa frequência Figura 7 Simulação com o Capacitor de emissor ganho de alta frequência Para reprodução em protoboard recomenda utilizar os seguintes resistores RC resistor 130 Ohms RE 4 resistores de 100 Ohms em paralelo R1 resistor 47 kOhms R2 820 Ohms