GUIA DE LABORATRIO

SISTEMAS ELECTRNICOS DAS TELECOMUNICAES

PROJECTO E SIMULAO DE UM AMPLIFICADOR SINTONIZADO UNIANDAR

INSTITUTO SUPERIOR TCNICO Departamento de Engenharia Electrotcnica e de Computadores rea Cientfica de Electrnica 2006/2007

PROJECTO E SIMULAO DE UM AMPLIFICADOR SINTONIZADO UNIANDAR 1. Objectivo Pretende-se comparar as caractersticas de um amplificador sintonizado, obtidas atravs de simulao em computador, com as especificaes impostas no seu projecto. Esta comparao permite verificar a validade das aproximaes e dos critrios utilizados no projecto. O amplificador dever funcionar numa das bandas de frequncias utilizada para canais de televiso (VHF, UHF), com uma frequncia central da ordem das centenas de MHz, e dever ter uma largura de banda suficiente para um canal de TV modulado com banda lateral vestigial (6 MHz). 2. Sumrio O plano de trabalho, a ser detalhado no pargrafo 4, inclui as seguintes fases: 1) Projecto do amplificador, em que so dados o transistor e o respectivo PFR, a topologia do circuito (acoplamento indutivo e, ou por diviso capacitiva), o tipo de sintonia (sncrona), o tipo de adaptao na entrada e na sada, a frequncia central e a largura de banda. Este projecto dever ser feito antes da aula de laboratrio. 2) Projecto das malhas de polarizao do transistor, de acordo com os resultados da alnea 1). Este dimensionamento tambm deve ser feito antes da parte laboratorial. 3) Criao de um esquemtico (ou alternativamente de um ficheiro de entrada .cir) com o amplificador projectado para introduo nos computadores pessoais tendo em vista a sua simulao pelo programa PSPICE. Um esboo do esquemtico deve ser elaborado antes da aula de laboratrio. 4) Simulao do circuito pelo PSPICE. Nesta simulao devem obter-se curvas de resposta do amplificador que permitam avaliar as diferenas relativamente s especificaes iniciais. O docente tem de verificar a resposta do circuito obtida, pelo que deve ser solicitada a sua presena nesta fase do trabalho. 5) Crtica dos resultados obtidos em face das especificaes iniciais e das aproximaes efectuadas no projecto.

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3. Projecto do amplificador Pretende-se simular no programa PSPICE um andar de amplificao transistorizado que tem como circuitos de acoplamento de entrada e sada circuitos sintonizados (passa-banda) de 2 ordem, pelo que a resposta total do circuito ser de 4 ordem. A especificao da frequncia central do amplificador diferente para cada grupo e obtida atravs de uma frmula. Os seus valores correspondem a diferentes canais de radiodifuso de TV. A largura de banda, definida entre as frequncias onde a atenuao aumenta 3dB relativamente ao seu valor mnimo, dever ser de 6MHz para todos os grupos. Esta largura de banda considerada suficiente para um canal de televiso modulado em banda lateral vestigial. O esquema incremental bsico do amplificador (regime de sinais fracos) descrito em 3.1 e as principais especificaes so definidas em 3.2. 3.1 - Circuito bsico O esquema bsico (dinmico incremental) a utilizar para o amplificador est representado na figura 1. Note-se que os transformadores podero ter relaes de transformao maiores ou menores do que 1, o que origina modificaes na forma como so ligados ao circuito. Admita que os coeficientes de ligao magntica (Kij) so sempre unitrios (ligao magntica perfeita). As relaes de nmero de espiras indicadas so as dos transformadores ideais dos esquemas equivalentes. Na figura 1 no est representada a malha de polarizao do transistor, a ser projectada na alnea 3.3.esquema dinmico 1:n o C 1 C2 o L L11 Gg o T y 11 o v 1 V y v 12 2 V y 22 o y v 21 1 L 12 v 2 o 12 L T C 3 v s Yc 1:n o 22

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a rede de polarizao escolhida pelos autores e o sentido dos autotransformadores pode ser alterado

Fig. 1 - Esquema dinmico incremental do amplificador, sem polarizao.

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3.2 - Especificaes As especificaes do circuito so:

Frequncias de trabalho: Frequncia central f0 = 100 + X + 5 (Y - 1) MHz

Y = nmero do grupo (1 a 6) X = 10 (4 feira), 50 (6 feira) Largura de banda a -3dB Fonte e carga: Resistncia de fonte Resistncia de carga Capacidade de carga RS = 1/Gg = 300 RC = 50 CC = 3 pF (ZC = RC // CC) B = 6MHz

Bobinas de sintonia: LT (medidas efectuadas a fS=200MHz) Factor de qualidade Capacidade parasita Capacidade de sintonia Transistor: Modelo de sinais fortes dado em anexo (modelo para o PSPICE - Gummel e Poon) Condutncia ptima de fonte (para mnimo rudo) GON = 4 mS Q0 = 300 Cp = 3 pF CS = 20 pF

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Notas: 3.2a) O parmetro Q0 refere-se bobina real isolada, ou seja, o factor de qualidade que se obtm quando no ligada nenhuma resistncia adicional, em paralelo: Q0 = rp/(S LT) = 1/(S LTgp) onde LT o valor da indutncia e rp=1/gp o da resistncia de perdas do esquema equivalente paralelo. 3.2b) A capacidade de sintonia a capacidade que necessrio colocar em paralelo com a bobina real para se obter uma ressonncia a uma dada frequncia. A indicao de CS e da frequncia fS a que se refere uma forma indirecta de indicar o valor da auto-induo, a partir do valor do componente directamente medido pelo mtodo da ressonncia. Note-se, no entanto, que necessrio conhecer tambm o valor da capacidade parasita Cp j que: LT = 1/S2 (CS + Cp). 3.2c) Nos auto-transformadores a bobina dada LT refere-se ao enrolamento total, isto LT = L1 + L2 + 2 (L1L2)1/2 sendo L1 e L2 as autoindues prprias de cada troo da bobina LT . Considere sempre coeficientes de ligao magntica entre enrolamentos ou seces de bobina, Kij = 1. 3.2d) utilizado um transistor tpico de radio-frequncias. No anexo 1 apresentado o modelo para o PSPICE. A cpia do catlogo, tambm fornecida no anexo 2 destina-se a familiarizar os alunos com este tipo de informao. Como o projecto efectuado com base nos valores dos parmetros Y obtidos por simulao a partir do modelo, qualquer diferena encontrada entre as especificaes e o resultado das simulaes no pode ser imputada preciso do modelo. Se o circuito fosse montado que era natural que algumas diferenas entre o comportamento experimental e as simulaes fossem devidas s aproximaes na extraco dos parmetros do modelo. O modelo para o PSPICE descrito por um sub-circuito que caracteriza no s o transistor bipolar intrnseco (pastilha de silcio), atravs da directiva .MODEL (modelo de Gummel e Poon), mas tambm os efeitos parasitas do encapsulamento e sua interligao ao transistor intrnseco, atravs de uma rede exterior de bobinas e condensadores. Estes elementos so particularmente importantes s frequncias de trabalho do amplificador (VHF e UHF).

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3.3 - Requisitos do dimensionamento O dimensionamento do amplificador dever obedecer aos requisitos que a seguir se enumeram. a) A condutncia equivalente do circuito exterior ligado base do transistor dever ser igual a GON. Este critrio normalmente imposto para se obter um factor de rudo mnimo para o amplificador. Verifique esta condio a partir dos dados do catlogo (anexo 2). b) Na malha de sada deve obter-se uma mxima transferncia de potncia do transistor para a carga. No entanto, se esta condio originar um factor de estabilidade KS