Eletrônica Analógica

Parte 1 Projetar o oscilador 63 Oscilador Clapp transistor de efeito de campo MOSFET 0306 ele deve operar em 5 MHz efeito de campo MOSFET O componente comercial deverá ser escolhido de forma a verificar se este opera na frequência do oscilador justificando Parte 2 Projetar um casador de impedância para casar uma linha de 50 Ohms com uma carga de 180 Ohms com o Q do casador igual a 1 Elementos reativos a partir de elementos concentrados os capacitores e indutores SMD ou construídos para a frequência de 200 MHz Deverá ser apresentado o ppt com o projeto simulação e o circuito impresso arquivo separado para a impressão além do princípio de funcionamento do oscilador apresentado detalhando como é obtida a frequência de oscilação malha de realimentação a polarização do transistor e cálculo do ganho Deverá ser postado o junto com o ppt e o documento doc com o detalhamento do projeto simulação e teoria sobre o oscilador Parte 1 e parte 2 em arquivos separados É aconselhável que as estruturas projetadas sejam simuladas em algum SW de simulação eletromagnética como por exemplo HFSS CST ou ADS se a simulação for feita e algum outro uma breve apresentação deste SW deverá constar na apresentação Muitos deste softwares tem versão de avaliação disponível Oscilador Clapp de 5 MHz 14 de junho de 2025 1 Oscilador Clapp Teoria O oscilador Clapp é uma variação do oscilador Colpitts onde um capacitor adicional C0 é colocado em série com o indutor L para melhorar a estabilidade em frequência Figura 1 Oscilador Clapp 11 Frequência de Oscilação f0 A frequência de ressonância do circuito tanque LC é dada por f0 1 2pi sqrtL Ceq Onde L Indutância do indutor Ceq Capacitância equivalente do circuito A capacitância equivalente Ceq é calculada considerando a associação em série de C1 C2 e C0 1 Ceq 1 C1 1 C2 1 C0 Portanto Ceq 1 1 C1 1 C2 1 C0 12 Condição de Oscilação Para que a oscilação seja sustentada o ganho do circuito deve satisfazer Av β 1 Onde Av Ganho do amplificador MOSFET β Fator de realimentação No oscilador Clapp o fator de realimentação β é determinado pela relação entre C1 e C2 β C2 C1 C2 Para garantir oscilação o ganho do MOSFET deve ser Av C1 C2 C2 13 Polarização do MOSFET Para que o transistor opere na região ativa saturação para MOSFET as tensões de polarização devem ser ajustadas Tensão VGS Deve ser maior que a tensão de limiar Tensão VDS Deve ser suficiente para evitar corte ou região ôhmica 2 Oscilador Clapp Projeto Oscilador de 5 MHz 21 Escolha do Transistor MOSFET Para um oscilador Clapp em 5 MHz um transistor MOSFET de pequeno sinal com alta frequência de transição fT e baixo ruído é adequado Uma opção comercial é o BS170 um MOSFET de duplo porta com as seguintes características fT típica 200 MHz Baixa capacitância de entradasaída Ciss 25 pF Crss 06 pF 211 Justificativa O fT do BS170 é muito maior que a frequência de operação 5 MHz garantindo que o transistor possa amplificar eficientemente o sinal oscilante Além disso suas capacitâncias são baixas o suficiente para não afetar significativamente o circuito ressonante 22 Projeto do Circuito Oscilador Clapp O oscilador Clapp é uma variação do oscilador Colpitts com um capacitor adicional no indutor para melhorar a estabilidade em frequência 2 221 Componentes do Tanque LC A frequência de oscilação é dada por f0 1 2pi sqrtL Ceq Onde 1 Ceq 1 C1 1 C2 1 C0 Para maior estabilidade geralmente o C0 domina o valor de Ceq Vamos supor C1 C2 470 pF e C0 22 pF Ceq 1470 1470 1101 pF 959 pF f 1 2pi sqrtL 959 1012 L 1 2pi f2 Ceq 1 2pi 5 1062 959 1012 1048 µH Valores escolhidos L 100 µH C1 C2 470 pF C0 10 pF Cálculo da frequência ressonante f0 1 2pi sqrt100 106 959 1012 514 MHz 222 Polarização do MOSFET VDD 12 V RS 1 kΩ estabilização da corrente RG 1 MΩ polarização da porta 3 Projeto do Casador de Impedância 31 Método LSection Para casar 50 com 180 usando um Q unitário podemos usar uma rede LC em T Aqui usaremos uma rede LSection em sérieparalelo 311 Cálculo dos Componentes XL Rmenor Q 50 1 50 Ω XC Rmaior Q 180 1 180 Ω 312 Valores dos componentes em 200 MHz L XL 2πf 50 2π 200 106 398 nH C 1 2πfXC 1 2π 200 106 180 442 pF 32 Resultados 321 Circuito Final Indutor 398 nH comercial 39 nH Capacitor 442 pF comercial 47 pF 322 Verificação do Q Q XL Rmenor 50 50 1 4