Apostila didtica Aulas prticas aplicadas a Fundamentos de Eletrnica Programa de Educao Tutorial Engenharia Eltrica Programa de Apoio Disciplina Professor: Eduardo Bragana de Moraes Participantes: Acio da Silva Bolzon,Cristian Mller,Lucas Teixeira,Lucas Vizzotto Bellinaso,Maicol Flores de Melo,Mrcio Dalcul Depexe,Paulo Czar Comassetto de Aguirre,Rafael Denardin. 2 Sumrio Sumrio ......................................................................................................................................... 2 Introduo ..................................................................................................................................... 3 1.Levantamento de curvas caractersticas ............................................................................... 4 Folha de aula ................................................................................................................................. 6 2.TJB: Curva caracterstica e teste de transistores ................................................................... 7 Folha de aula ............................................................................................................................... 13 3.Polarizao fixa de TJB ......................................................................................................... 16 Folha de aula ............................................................................................................................... 19 4.Polarizao por divisor de tenso ....................................................................................... 20 Folha de aula ............................................................................................................................... 23 5.Medio de parmetros hbridos do TBJ ............................................................................. 24 Folha de aula ............................................................................................................................... 28 6.Simulao de circuitos eletrnicos em PSpice .................................................................... 29 7.Projeto e clculo de parmetros de um amplificador de pequenos sinais utilizando TJB .. 35 Folha de aula ............................................................................................................................... 39 8.TJB: Configurao seguidor de emissor ............................................................................... 40 Folha de aula ............................................................................................................................... 48 9.Projetoeclculodeparmetrosdeumamplificadordepequenossinaisutilizando configurao darlington com TJB ................................................................................................ 50 Folha de aula ............................................................................................................................... 53 10.Curva Id X Vds do JFET ......................................................................................................... 54 Folha de aula ............................................................................................................................... 57 11.Autopolarizao FET ............................................................................................................ 58 Folha de aula ............................................................................................................................... 62 12.Polarizao de FET por divisor de tenso ............................................................................ 63 Folha de aula ............................................................................................................................... 65 13.Anlise do FET para Pequenos Sinais .................................................................................. 66 Folha de aula ............................................................................................................................... 70 14.MOSFET de intensificao ................................................................................................... 71 Folha de aula ............................................................................................................................... 76 15.Influncias externas (Rs, Rl e frequncia) num circuito com JFET ...................................... 77 Folha de aula ............................................................................................................................... 82 3 Introduo OProgramadeApoioDisciplina(PAD)umainiciativadealunosdocursode EngenhariaEltricaevisaajudareincentivaratividadesprticas,emlaboratrio, paralelamente s aulas ministradas das diversas disciplinas como complemento graduao. Foidesenvolvidoumasriedeplanosdeaulaparaauxiliararealizaodasatividades prticasnadisciplinadeFundamentosdeEletrnicaduranteumsemestre,asaulasreunidas esto dispostas de forma a seguir o cronograma adotado pelo professor. 4 Universidade Federal de Santa Maria Curso de Engenharia Eltrica 1.Levantamento de curvas caractersticas Disciplina de Fundamentos de Eletrnica 1.Objetivos -Levantar a curva caracterstica do diodo; -Levantar a curva caracterstica da juno base-emissor do transistor; 2.Base terica a.Comportamento da juno PN AjunoPN,presenteemdiodosetransistores,umaestruturafundamentaldos semicondutores, formada pela juno de dois cristais, sendo mais comumente de silcio. Estes componentessodopadosdeformaaadquirircaractersticasdeexcessooufaltade portadores de carga eltrica (eltrons ou lacunas) em sua estrutura. Quando so reunidas duas regiescomcaractersticasdedopagemcontrrias ocorreatraoentreascargasopostasnazonade contatoformandoumaregiodedepleo(barreira depotencial),nemtodasascargasiromovimentar-se de forma a se anular. Quandoaplicadatensoentreosterminaisde umdispositivosemicondutorquecontenhauma junoPNessajunopoderserpolarizadadedois modos: direta ou inversamente. b.Polarizao direta Haver conduo de corrente eltrica entre asregiescomdiferentesdopagens(sentidoP paraN),poisocampoeltricopresente orientado da camada P para a N. Arelaoentretensoecorrenteno obedeceaLeideOhm,mastemum comportamento prprio, como na Figura 2. Figura 1 Figura 2 esquerda a curva caracterstica e direita uma aproximao comumente utilizada. 5 Costuma-secaracterizarajunoPNcomoumcurtocircuitoestandoelapolarizada diretamente,somentesofrendoumaquedadetensodeaproximadamente0,7vpara dispositivos de silcio dopado. c.Polarizao inversa Operandodentrodoslimitesdodispositivonohaverconduodecorrenteeltrica significante caso o campo eltrico aplicado juno PN seja orientado da parte N para P, a no ser em dispositivos fabricados com essa inteno como diodos Zener. Normalmente com baixa tenso considera-se como um circuito aberto a juno PN enquanto polarizada inversamente. 3.Procedimento experimental a.Obteno da curva I x V para o diodo Este experimento consiste de determinar o comportamento da juno PN de um diodo de acordo com a tenso aplicada, deve-se: -Montar o circuito daFigura 3.-VariaratensosobreoDIODOde0,3at0,75Vcomumacrscimode30mVpor ponto.MediratensoaplicadanoDIODOeacorrentecommultmetrosemcada ponto (mnimo 15 pontos) preenchendo a tabela 1. OscomponentesusadosdevemseroresistorRde1,1k(ParaleloentredoisRde 2,2K), um diodo 1N4007 e uma fonte de tenso varivel. b.Obtenso da curva Ie x Vbe para o transistorEsteexperimentoconsistedeobteracurvacaractersticadocomportamentoda correntedo emissordeumtransistor emfunodatensoaplicadaentreabaseeo emissor: -MontarocircuitodeacordocomaFigura3Figura 4. -VariaratensoaplicadasobreoTRANSISTOR(base-emissor)de0,4at0,85V medindo-se a corrente obtida, preencher a tabela 2 e desenhar a curva no espao para o grfico 1. OscomponentesusadosdevemseroresistorRde1,1k(ParaleloentredoisRde 2,2K), um transistor BC548(NPN) e uma fonte de tenso varivel. Figura 3Figura 4 Figura 5 6 Folha de aula Nome(s):___________________________________________________________________________________________________________________________________ Data: ___/___/___ 1.Obteno da curva I x V para o diodo a.Procedimento experimental Tenso ( mV ) Corrente ( mA ) Tabela 1 b.Anlise dos resultados -O comportamento IxV foi o esperado? A lei de Ohm foi obedecida em algum intervalo? O que pode-se dizer do intervalo de 0,75 v a 0,85v? _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 2.Obteno da curva Ie x Vbe a.Procedimento experimental Tenso Vbe ( mV ) Corrente Ie ( mA ) Tabela 2 Grfico 1 b.Anlise dos resultados conveniente a aproximao da curva como mostrada na figura 2 em uma aplicao que norequergrandepreciso?Faaumaanlisedointervalodevalidadedesta aproximao. ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 0 200 400 600 800 1000Ie(mA)Vbe(mV)7 BCccII= |Universidade Federal de Santa Maria Curso de Engenharia Eltrica 2.TJB: Curva caracterstica e teste de transistores Disciplina de Fundamentos de Eletrnica 1.Objetivos -Identificao de estado, tipo e pinagem do transistor de juno bipolar (TJB); -Estudoeplotagemdacurvacaractersticacorrentedecoletor(IC)vstensoentre coletor e emissor (VCE) para diferentes correntes de base (IB).2.Base terica a.Beta () uma quantidade que relaciona os valores de IC e IB no modo cc, definida em (1), onde ICeIBsodeterminadosemumpontoespecficodeoperaodacurvacaracterstica.Nas folhasdeespecificaes, cc| geralmentelidocomohFE,comhderivadodeumcircuito equivalentecahbrido.AsletrasFEderivam,respectivamente,daamplificaodecorrente direta (forward) e da configurao emissor-comum. (1) 3.Teste de transistores Comonocasodediodos,htrsmaneirasdeseverificarumtransistor:pormeiodo traadorde curvas, dos medidores digitais edoohmmetro. Estudaremos os mtodos atravs do multmetro digital e do teste do ohmmetro. a.Medidores digitais (multmetros) a)hFE: Os medidores digitais podem fornecer o valorhFE utilizando os soquetes presentes no medidor.Haopoentrepnpounpn.OvalorhFEdeterminadoparaumacorrentede coletor de 2 mA. b)Teste diodo: Nomododetestedediodo,elepodeserusadoparaverificarasjunesp-ndeum transistor. Com o coletor aberto, a juno base-emissor deve resultar em uma tenso baixa de aproximadamente0.7Vcomoterminalvermelho(positivo)conectadobaseeoterminal preto(negativo)conectadoaoemissor.Ainversodosterminaisdeveresultaremuma indicaoOLouestourodeescala,pararepresentarajunoreversamentepolarizada.Da mesma maneira com o emissor aberto, podem-severificar os estados depolarizao direta e reversa da juno base-coletor. 8 b.Teste do ohmmetro a)Identificao do estado do transistor: Pode-se utilizar um ohmmetro, ou as escalas de medidor digital para verificar o estado deumtransistor.Naregioativadotransistor,ajunobase-emissorestpolarizada diretamenteearegiobase-coletorestpolarizadareversamente.Portanto,ajuno polarizada diretamente deve registrar um valor de resistncia mais ou menos baixo e a juno polarizadareversamente,umvalormaisaltoderesistncia.Paraumtransistornpn,ajuno polarizada diretamente(polarizada pela fonte interna do ohmmetro)da basepara o emissor deve ser testada, como mostra a figura 1, resultando em uma leitura que geralmenteestna faixa entre 100 e alguns quiloohms. A juno polarizada reversamente base-coletor deve ser verificadacomo mostraafigura2, comumaleitura maiordoque100k. Paraumtransistor pnp, os terminais devem ser invertidos para cada juno. Uma resistncia pequena ou grande em ambas as direes (invertendo-se os terminais) para cada juno deumtransistornpn pu pnp indica um dispositivo defeituoso. Figura 1 e 2 - Teste do transistor. b)Identificao do tipo do transistor: Se ambas as junes do transistor resultam em leituras adequadas, o tipo do transistor tambm pode ser determinado observando-se a polaridade dos transistores ao se realizar uma medida na juno base-emissor. Se o terminal positivo (+) for conectado base, o terminal (-) ao emissor, a leitura de uma baixa resistncia indicar um transistor npn. A leitura de uma alta resistncia indicar um transistor pnp. c)Identificao da pinagem: Para a identificao da pinagem, primeiramente identifica-se a base e depois o coletor e o emissor. A regio de emissor do transistor mais dopada do que a regio de coletor. Essa caractersticautilizadaparaaidentificaodoemissoredocoletor,poisatensode conduo do emissor levemente superior a tenso de conduo do coletor. Utilizando-se um multmetro para a medio da resistncia entre base e emissor, esta menor que a resistncia base-coletor. Alm disso, a identificao da pinagem do componente pode ser feita observando-se a orientao dos terminais no encapsulamento (figura 3). Figura 3 - Pinagem de alguns tipos de encapsulamento. 9 Apesardaaplicabilidadedostestesdescritos,recomenda-sesempreverificarafolha de dados do componente quando voc for manipular qualquer dispositivo eletrnico. c.Transistor Bipolar Otransistorbipolar(oudejuno)umdosdispositivos eletrnicosmaisempregados em circuitos amplificadores e em circuitos de chaveamento. basicamente, um dispositivo que permitecontrolaracorrentequeentranumdosterminais,atravsdacorrenteinjetadaem outro terminal. A construo deum transistor bipolar semelhante deum diodo, mas com duas junes. Pode ser dos tipos: pnp ou npn. Observe a figura 4. Figura 4 Transistores PNP e NPN. d.Curva caracterstica do transistor IC x VCE A curva caracterstica IC(VCE, IB) importante pois proporcionaumainformaomaiscompletado transistor utilizado. Este grfico permite calcular o ponto de operao, conforme pode ser observado na figura 5. Apartirdestepodemosobter,porexemplo,a corrente de base necessria para obtermos um VCE igual aumvalorpreviamentedeterminado.Paraisso,basta traarmosumaretaverticalpassandoporVCE=3V (exemplodafigura)eobtemosIB=10mA.Ainda,o contrrio verdadeiro. 4.Modos de operao do transistor bipolar A partir da curva caracterstica IC(VCE,IB) podemos identificar 3 principais regies distintas de operao do transistor. So as regies de saturao, linear e corte. Ainda temos uma quarta regio chamada de reversa, sem aplicao prtica. Observe a figura 6. Figura 5 - Curva caracterstica de um TJB. 10 Figura 6 Modos de operao do transistor bipolar. Abaixo apresenta um esquemtico sobre estas regies: a.Regio Linear ou Ativa: Modo de Operao Polarizao Principais caractersticas e aplicaesNPNPNP Juno BE: dir. polarizada Juno CB: rev. polarizada VBE>V VBCs0 VCE>0,3 VEB>V VCBs0 VEC>0,3 IC = IE IC=.Ib satisfeita -nica regio de interesse na amplificao linear * Tenses de polarizao para o silcio (V =0,5V). b.Regio de Saturao: Modo de Operao Polarizao Principais caractersticas e aplicaesNPNPNP Juno BE: dir. polarizada Juno CB: dir. polarizada VBE>V VBC>V VCEs0,3 VEB>V VCB>V VECs0,3 - Transistorsecomportacomoum curto-circuito entre CE. (IC max.) IC=VCC/RC -No possvel manter a relao IC=.Ib -Regio de interesse em circuitos de chaveamento ** VCESaturao (caracterstico do transistor, 0.3 V para o Silcio) 11 c.Regio de Corte: Modo de Operao Polarizao Principais caractersticas e aplicaesNPNPNP Juno BE: rev. polarizada Juno CB: rev. polarizada VBEs0 VBCs0 VEBs0 VCBs0 IC= IB= ICB0; IE=0 -O transistor se comporta como um circuito aberto entre CE ( Ic0; Vce Vcc) -Regio de interesse em circuitos de chaveamento d.Regio Reversa: Modo de Operao Polarizao Principais caractersticas e aplicaesNPNPNP Juno BE: rev. polarizada Juno C-B: dir. polarizada VBEs0 VBC>V VCE>0,3 VEBs0 VCB>V VEC>0,3

- Sem aplicao prtica, pois |R muito baixo, entre 1 e5 normalmente 5.Procedimento experimental a.Verificao do estado do transistor Meaas resistncias pedidas na Tabela 1 para o transistor BC547B com o multmetro digital na funo de ohmmetro. b.Verificao do tipo do transistor Verifique se o transistor BC547B npn ou pnp, utilizando o teste do ohmmetro. Conecte o terminal positivo (+) base, o terminal (-) ao emissor, e anote na Tabela 2 se a resistncia baixa ou elevada. c.Identificao da pinagem do transistor Faa o teste do ohmmetro com todas as combinaes possveis entre os terminais do transistor BC548B. Anote esses valores na Tabela 4. Analise os estados de conduo verificados e identifique a base, o coletor e o emissor do transistor BC547B. Confirme estes resultados atravs da funo diodo do multmetro. OBS: Siga o exemplo realizado para o transistor BD135. Para este transistor realizou-se todas as combinaes de polarizaes possveis e verificou-se o estado de conduo para essas combinaes.Apsanalisou-seapinagemquecorrespondeaosestadosdeconduo verificados nas polarizaes. 12 Tabela 3 Terminal Estado de Conduo 123 +-No conduz -+No conduz +-No conduz -+Conduz com 0.660 V +-No conduz -+Conduz com 0.662 V Polaridade NPN, Coletor: 2, Emissor: 1 e Base: 3. d.Ganho do transistor Mea eanoteo ganho cc()do transistor BC547B. Utilizeos soquetes do multmetro para a medio do hFE do transistor. e.Traado da curva caracterstica IC x VCE de um transistor bipolar -Montarumcircuitocomduasfontesde tensoindependentesdeacordocomo esquema da figura 7: -Incluavoltmetroeampermetrospara medio de VCE, IC e IB. -Fixaracorrentedebasedotransistorem 5A. -Comoampermetronoramodocoletor, measimultaneamentevaloresdeICeVCE, variandoatensodafonteVCC.Anoteos valores obtidos na Tabela 5. UtilizeRb=820k,esenecessrio,faa ajuste fino em Vbb. -Repitaoprocedimentoanteriorpara Ib=15A e 40A a fimdeobter outras curvas IC xVCE, utilizea Tabela 6 ea Tabela 7, respectivamente.CalculeosvaloresdeRbparaessesnveisdecorrentedebase mantendo Vbb da figura anterior. -Trace os grficos IC x VCE para os diferentes valores de IB. Figura 7 - Esquema eltrico para o procedimento experimental 3.5. Q1BC547Vbb5VdcVccRc1,5kRb013 Folha de aula Nome(s):___________________________________________________________________________________________________________________________________ Data: ___/___/___ 1.Verificao do estado do transistor a.Procedimento experimental Juno Resistncia () polarizada diretamentepolarizada reversamente base-coletor base-emissor Tabela 1 2.Anlise dos resultados Baseando-senos valores obtidos para as resistncias, pode-seavaliar que o transistor est funcional? Por qu? _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 3.Verificao do tipo do transistor a.Procedimento experimental Tabela 2 JunoResistncia (elevada ou baixa) base-emissor b.Anlise dos resultados Qual o tipo do transistor BC547B? _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 14 4.Identificao da pinagem do transistor a.Procedimento experimental Tabela 3 Terminal Estado de Conduo 123 +- -+ +- -+ +- -+ b.Anlise dos resultados Qual a a pinagem do transistor BC547B? _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 5.Ganho do transistor Ganho cc () do transistor BC547B temperatura ambiente: ________ 6.Curva caracterstica do transistor Preencha as tabelas conforme item 3.5. Pontos da curva caracterstica para Ib=5A Vce (V)Ic (mA)Tabela 5 Pontos da curva caracterstica para Ib=15A Vce (V)Ic (mA)Tabela 6 Clculo de RB: 15 Tabela 7 Pontos da curva caracterstica para Ib=40A Vce (V)Ic (mA) Clculo de RB: Grfico da curva caracterstica curva caracterstica IC (VCE , IB): Observaes:_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ c.Bibliografia: -Robert L. BoylestadeLouis Nashelsky, Dispositivos Eletrnicos e teoria de circuitos, 8a edio, 2004, Prentice Hall. -http://www.psi.poli.usp.br/psi/cursos/graduacao/PSI2325/E3-NT_PolarizacaoTransistorBipolar.pdf -http://w3.ualg.pt/~jmariano/introelec/iae_transistor_1.pdf -http://www.labiem.cpgei.cefetpr.br/Members/humberto/disciplinas/electronics_a_lab/folhas_tarefas/tarefa_3.pdf -http://www.ebah.com.br/apostila-de-eletronica-basica-unicamp-pdf-pdf-a10823.html -http://www.coinfo.cefetpb.edu.br/professor/ilton/apostilas/discip_yahoo/iltonbarbacena/alarme/ident_transistor1.pdf -http://www.mspc.eng.br/eletrn/comptest_110.shtml 16 Universidade Federal de Santa Maria Curso de Engenharia Eltrica 3.Polarizao fixa de TJB Disciplina de Fundamentos de Eletrnica 1.Objetivos -CalcularemontarcircuitoscompolarizaoDCdeformaaoperarnafaixamais adequadaparaamplificarpequenossinaisAC.Aspolarizaesmontadasserofixae estvel do emissor. 2.Base terica a.Polarizao fixa Apolarizaofixaconsisteemligarumresistorda base (Rb) e do coletor (Rc) de um transistor NPN para VCC eaterraroterminaldeemissor.Acorrentedebaseser controlada pelo resistor Rb deforma a manter a corrente DCquepassadocoletoraoemissorconstanteemtorno dametadedacorrentemximapossveldeterminadapor Rc.Aointroduzir-seumapequenaperturbaode correnteACnabasedotransistorelaseramplificadana intensidade da corrente que passa pelo transistor. b.Projeto do circuito para polarizao fixa Define-sea tenso de alimentao do circuito (Vcc) e a corrente mxima desejada (Imax) entre coletor e emissor do transistor, definidas nessa montagem Vcc sendo 15v e Imax como 10 mA. A partir destes parmetros escolhe-se um transistor disponvel e calcula-se o Rc: ??????=?????????????????????= 1,5??? Deseja-sequeacorrentedepolarizaodotransistor(Iq)sejametadedacorrente mxima,ento,sabendo-seoganhodotransistor()escolhido(BC548),medidoprximoa 350, pode-se calcular a corrente esperada na base do transistor (Ib): ??????= ?????????= 14,29 ?????? Fazendo a anlise de malhas no lado esquerdo do circuito, para obter a corrente de base desejada deve-se obedecer (Vbe aproximadamente 0,7v): ??????= ????????? ??????????????? 1??? Figura 1-Circuito para montagem da polarizao fixa 17 c.Polarizao estvel do emissor Apolarizaoestveldoemissorconsisteem ligarumresistordabase(Rb)eumdocoletor(Rc)de umtransistorNPNparaVcceumresistordoemissor (Re)aterrado.Essapolarizaocontmumresistordo emissorparamelhoraronveldeestabilidadedo circuitocomapolarizaofixa.Adiferenanesta polarizaoqueacorrentedebase(Ib)tambm limitadapelaresistnciadoemissor(Re),fatooqual pode ser verificada pela lei das tenses de kirchhoff na malha base-emissor. d.Projeto do circuito para polarizao estvel do emissor Define-sea tenso de alimentao do circuito (Vcc) e a corrente mxima desejada (Imax) entrecoletor eemissordotransistor,definidasnessamontagemVccsendo 15v eImaxcomo 5 mA. A partir destes parmetros escolhe-se um transistor disponvel e calcula-se o Rc + Re:??????+??????=?????????????????????= 3??? Deseja-sequeacorrentedepolarizaodotransistor(Iq)sejametadedacorrente mxima, ento, sabendo-se o ganho do transistor (), medido prximo a 350 (BC548), pode-se calcular a corrente esperada na base do transistor (Ib): ??????= ?????????= 7,14 ?????? Fazendo a anlise de malhas no lado esquerdo do circuito, tendo-se a corrente de base desejada deve-se obedecer (Vbe aproximadamente 0,7v): ??????+??? +1. ????????????= ????????? ????????? Resultando em ??????+351. ?????? 2??? Estabelecendo??????= 1,5???,dasequaesanterioresobtemos??????= 1,5???e?????? 1,48??? e.Anlise por reta de carga A anlise de circuitos de polarizao por reta de carga feita relacionando-se equaes caractersticasdecadapolarizaocomseuscorrespondentesgrficos.Asvariveisdesada desses circuitos so a corrente de coletor (Ic) e a tenso entre coletor e emissor (Vce). No caso daPolarizaoFixaaequaoqueapresentaasvariveisdesadadocircuito?????????= ????????? ????????????enocasodapolarizao estveldo emissor?????????= ????????? ??????(??????+??????).Figura3temosas variveis de sada apresentadas graficamente. Figura 2-Circuito para montagem da polarizao estvel do emissor 18 Figura 3 -Analise por reta de carga Paraaplotagemdogrficodafiguraacimasoutilizadasasequaesdecada polarizao,ondesecalculaatensoentrecoletoreemissor(Vce)paraumacorrentede emissor(Ic)igualazeroelogoapsacorrentedeemissor(Ic)paraumatenso(Vce)iguala zero.Comosdoispontoscalculados,seuneosmesmosoquedaorigemaretadecarga. Define-se ento um ponto de operao do circuito atravs dessa anlise o que pode propiciar uma escolha mais adequada e uma melhor visualizao das consequncias da modificao de alguns componentes do circuito. 3.Procedimento experimental a.Polarizao Fixa -Medir o do transistor com um multmetro, fora de operao. -Montar o circuito da figura 4. -Medir com ampermetros as correntes de base, Ib, e entre coletor e emissor, Ic. -Medir a tenso de base e de coletor. -Calcular o ganho de corrente durante a operao ( IC/ IB ). -Trocar o transistor utilizado por um BC337 e refazer as medidas. b.Polarizao estvel do emissor -Medir o do transistor com um multmetro, fora de operao. -Montar o circuito da figura 5. -Medir com ampermetros as correntes de base, Ib, e entre coletor e emissor, Ic. -Medir a tenso de base, de coletor e de emissor. -Calcular o ganho de corrente durante a operao ( IC/ IB ). -Trocar o transistor utilizado por um BC337 e refazer as medidas.

Figura 4 - Polarizao fixa Figura Figura 5 - Polarizao estvel do emissor Vcc15VRb1MRc1.5k+VceVbe--+Vcc15VRb1.48MRc1.5kRe1.5k++--VceVbe19 Utilizando BC548: Ib= A Ic Ie=mA = IcIb= VC= V VE=V.VB=V Utilizando BC337: ??????= ??? ?????? ??????=?????? ???= ????????????= ??????=??? VE=V.VB=V VceIc5 10 15510Desenhar a reta de carga(marcar o ponto Q)Utilizando BC548: Ib= A Ic Ie=mA = IcIb= VC=V.VB=V Utilizando BC337: ??????= ??? ?????? ??????=?????? ???= ????????????= VC=V.VB=V VceIc5 10 15510Desenhar a reta de carga(marcar o ponto Q)Folha de aulaNome(s):___________________________________________________________________________________________________________________________________ Data: ___/___/___ 1.Circuito com polarizao fixa a.Valores medidos no circuito:b. Anlise dos resultados -Fazendoumaobservaoreferenteretadecarga,qualseriaavariaodatensona sada (VC) se fosse incrementada em 2mA a corrente IC? ............... V -Qualoparmetrodocircuitoquedefineainclinaodaretadecarga(conseqente proporcionalidade entre Ic e Vc)? O valor de............-Escreva uma expresso para clculo de Vc. ??????=2.Circuito com polarizao estvel do emissor a.Valores medidos no circuito b.Anlise dos resultados -Oquesepodeobservaremrelaopolarizao(localizaodopontoQ)quandofoi trocado o transistor (variou o ganho) na polarizao: o Fixa? _____________________________________________________________________ oEstveldoemissor? _______________________________________________________ -Escreva uma expresso para Vc. ??????=-Explique (ou desenhe) o efeito na reta de carga do aumento de Vcc, Rc ou Re. 20 Universidade Federal de Santa Maria Curso de Engenharia Eltrica 4.Polarizao por divisor de tenso Disciplina de Fundamentos de Eletrnica 1.Objetivos -O objetivo desta aula montar o circuito de polarizao DC por diviso de tenso. -Projetar um circuito de polarizao por divisor de tenso. 2.Base terica 3.Polarizao por divisor de tenso Tambmconhecidaporpolarizaouniversal,estepolarizaoconsisteemcriarum divisor de tenso para alimentar a base do transistor. Esta polarizao conhecida por ser menos dependente de Beta do transistor. Uma de suasgrandesvantagensmanter-seestvelcomvariaesdetemperatura,vistoqueoBeta variacomesta.?????????e????????????permaneceroconstantes,vistoqueestesparmetrosdefinemo ponto Q. Figura 1 Polarizao por divisor de tenso A anlise deste circuito pode ser feita por dois mtodos: a.Anlise exata Analisando o circuito da figura 1 podemos redesenhar o circuito de alimentao da base dotransistorcomoumequivalenteThveninondeoresistordeThvenindadopelo paralelo entre os resistores R1 e R2. 21 Figura 2 Equivalente Thvenin Fazendo as leis de Kirchhoff de tenses obtemos: ?????? =????????? ?????????????????? +(??? +1)?????? Sendo: R?????? = ???1||???2 , ????????? =???2???1+???2. ?????????e????????? ?????? Como Vce dado por:????????? = ????????? ??????(?????? +??????) Desta forma obtemos os valores de polarizao do transistor. b.Anlise aproximada Estaanliseconsidera??????muito menorque???1ou ???2,logo,igualando???1a ???2,podemos dizer que ??????=???2???1+???2?????????. Na figura abaixo temos que ??????= ??? +1. ?????? ???. ??????. A condio que define se o mtodo aproximado pode ser aplicado : ????????? 10???2

Quanto maior for ?????? em relao ???2, maior ser a preciso deste mtodo. Figura 3 Circuito para Anlise aproximada c.Anlise por reta de carga A reta de carga pode ser traada atravs das seguintes equaes. ??????=???????????????+?????? para ?????????= 0 ??? ?????????= ????????? para ??????= 0 ?????? 22 4.Projeto de circuito por divisor de tenso Paraprojetarumcircuitoparapolarizaopordivisordetensoprecisamosda especificaodacorrentedecoletor(?????? ??????)etensodefontedesejada(?????????)eusaras seguintes definies: -A queda de tenso sobre ?????? 10% de ????????? e ?????? 40% de ?????????. -Paracalcular???1e???2bastautilizararelaocitadanaanliseaproximada:????????? 10???2 paraque??????sejadesprezvelemrelao???1ou???2,logo???2= ?????????10.Encontramos???1 aplicando a lei das tenses de Kirchhoff em ???1 e ???2. Para projetar este circuito temos ?????????= 10 V, ??? = 100 e ??????= 5 mA e podemos seguir a seguinte ordem: 1 - ??????=10%???????????????=10.005= 200. 2 - ??????=40%???????????????=40.005= 800. 3 - ???2= ???.??????10=100.20010= 2???. 4-AplicandoaLeidastensesdeKirchoffem???1e???2temosque???1= ???2. ??????????????? 1, como ??????= 1 +0,7 = 1,7???, logo ???1= 2???. 101,7 1 = 9,8???. 5.Procedimento experimental a.Projetar o circuito para polarizao por divisor de tenso -Medir o do transistor com um multmetro, fora de operao. -Calculartodososresistoresparaocircuitodepolarizaoespecificado,conformeo projeto. -Calcular valores para traar a reta de carga e marcar o ponto Q. b.Montar o circuito projetado -Conferir com os monitores da aula se os valores do projeto esto corretos. -Medir com ampermetros a corrente de base (??????), e entre coletor e emissor (??????). -Medir a tenso entre base e de coletor do transistor (?????????). -Calcular o ganho de corrente durante a operao (??????/??????). 23 Divisor de tenso: Ib= A Ic Ie=mA = IcIb= VC=V.VB=V Ic5 10 15510Desenhar a reta de carga(marcar o ponto Q)2015VceFolha de aulaNome(s):___________________________________________________________________________________________________________________________________ Data: ___/___/___ 1.Projeto do circuito para polarizao por divisor de tenso Para projetar o circuito use ?????????= 12 V, ??? = ______, ??????= 10 mA: 1 - ??????=10%???????????????= ________. 2 - ??????=40%???????????????= _________. 3 - ???2= ???.??????10= ________. 4 - ??????= ??????+0,7 = _______???, logo ???1= ???2. ??????????????? 1 = ___________. a.Traar a reta de carga. Para ?????????= 0 ???=>??????=???????????????+??????= _________?????? Para ??????= 0 ??????=> ?????????= ?????????= _________??? 2.Monteocircuitoprojetadoe realize as seguintes medies 3.Anlise dos resultados Porqueutilizamosaseguinterelao,????????? 10???2,naanliseaproximadadocircuitode polarizao por divisor de tenso? _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ Se aumentar Rc ou Re , qual o efeito na reta de carga? ___________________________________________________________ Deduza a seguinte expresso, ???1= ???2. ??????????????? 1, a partir do circuito: 24 Universidade Federal de Santa Maria Curso de Engenharia Eltrica 5.Medio de parmetros hbridos do TBJ Disciplina de Fundamentos de Eletrnica 1.Objetivos -Revisar o teorema dos quadripolos; -Medir o parmetro hFE do TBJ, para a configurao emissor comum;. 2.Base terica a.Quadriplos Pode-se aplicar a teoria dos quadripolos para resolver problemas em que h dois pares determinais,sendoumpardeentradaeoutrodesada(Figura1).utilizadopara modelamento e anlise de circuitos. Figura 6: Quadripolos Arelaoentrea tensoeacorrentedeentradacoma tensoeacorrentedesada podeserexpressaporumamatriz(sistemaslineares),quepodeserdeimpedncias, admitnciasouhbrida(vejaem:http://pt.wikipedia.org/wiki/Quadripolo).Nafigura2esto circuito equivalente de um quadripolo hibrido. Em (1) est a matriz caracterstica. 25 b.Parmetro hbridos para o TBJ Para o transistor bipolar de juno, define-se que (padro IEEE): Para cada tipo de configurao, os valores dos parmetros h so diferentes. Para isso, adicionam-se os ndices e (emissor comum), c (coletor comum) ou b (base comum). Para obteno dos parmetros hbridos, nem sempre e possvel zerar uma das variveis. Assim, podem-se fazer pequenas variaes de duas variveis, mantendo outra constante, em torno do ponto quiescente, para obteno de algum do parmetro desejado. Para a configurao emissor comum, obtm-se (2). Ento, a matriz hibrida para o transistor em pequenos sinais, na configurao emissor comum e como em (3). 26 O circuito equivalente CA hibrido do transistor, na configurao emissor comum para pequenos sinais, esta na figura 2. Figura 7 3.Procedimento experimental a.Medio de hFE para valores de Ic, com Vce constante. Figura 8: Pinagem do transistor BC547B Exemplo de descrio da atividade: - Montar o circuito da Figura 3. - Deixar o potencimetro no valor mximo da resistncia, para Ib ser um valor baixo. - Preencher a tabela 1, que ser utilizada para o simulador PSPICE. 27 Figura 9: Circuito do experimento 28 Folha de aula Nome(s):___________________________________________________________________________________________________________________________________ Data: ___/___/___ 1.Medio de hFE para valores de Ic, com Vce constante..

Tabela 3 Vce =constante= 5V Ib (uA) IchFE (cc) 5 10 15 20 25 30 40 50 2.Anlise dos resultados: ComosecomportouovalordehFEcomoaumentodacorrentedebaseIb? __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Baseando-se nos resultados obtidos, o valor de hFE, assim como de outros parmetros hbridos, depende ou no do ponto de operao do circuito? _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Observaes: _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 29 Universidade Federal de Santa Maria Curso de Engenharia Eltrica 6.Simulao de circuitos eletrnicos em PSpice Disciplina de Fundamentos de Eletrnica 1.Objetivos -Simular no Orcad Pspice circuitos eletrnicos. -Utilizarparmetrosmedidosemlaboratrio(aula4)noscomponentesda simulao. -Analisar informaes a fim de melhorar o design de circuitos eletrnicos. 2.Base terica Nessabaseterica,serointroduzidostpicosquenoforamvistosemaulasprticas anteriores. a.Amplificador base comum Nafigura1estoesquemadeumamplificadorbase-comum,utilizandoumtransistor PNP. Figura 1 Amplificador base-comum (BOYLESTAD, NASHELSKY; 8 Ed; p.295) Do modelamento para pequenos sinais, obtem-se como a figura 2. Figura 2 Modelo matemtico do amplificador base-comum No caso, ????????? ?????? 20e ????????? 1 Assim, retiram-se as equaes para a configurao base-comum: 30 ??????= ??????||?????? ?????? ??????= ?????? ??????=????????????||?????? ?????? ????????? 1 b.Estgios em cascata Estgiosemcascataso2oumaisestgiosligadosemsrie,comoobjetivode aumentar ganhos de tenso e corrente ou alterar impedncias de entrada e sada. Na figura 3 est o esquema geral de circuitos com estgios em cascata. Figura 3 Esquema de circuito com estgios em cascata Dessa forma, as equaes dos parmetros do circuito so: ?????????= ????????????= ??????1. ??????2. ??????3 ????????? ?????????= ????????????= ?????????.??????1?????? ??????= ??????1 ??????= ????????? c.Realimentao Arealimentaoutilizadanocontroledesistemasparaminimizarasvariaesdo sistema ao longo do tempo, sem influenciar o resultado final. Nafigura4estoesquemadeumarealimentaodeumcircuitoeltrico,comum amplificador de ganho -A. Utilizando a realimentao, possvel controlar o ganho ???????????? para que no dependa muito do parmetro A. Figura 4 Seaimpednciadeentradadoamplificadordeganho-Aformuitomaiordoqueas resistncias R2 e R1, ento a corrente que passa no resistor R2 igual do resistor R1. Tem-se que ??????=???. ?????? ??????= ?????????. Apartirdacorrente,??????= ?????? ???2. ??? = ?????? ???2.????????????

???1+???2 ?????????= ?????? ?????? .???2???1+???2+ ??????.???2???1+???2 31 Ao final, encontra-se (1).

????????????=???.???1???.???2+???1+???2 (1) Se o ganho A for bastante alto, ento ????????????= ???1???2 . 3.Procedimento experimental a.Modificando parmetros e criando novos componentes no Orcad: ParamodificarparmetrosdeumcomponenteexistentenasbibliotecasdoOrcad, bastaadicionarocomponentenateladoesquemticoeclicarsobreocomponente,e selecionar Edit Pspice Model(figura 5). Uma lista de parmetros aparecer. Basta modificar o valordesejadoesalvar,quenasprximassimulaesesteserovalorutilizadoparao parmetro em questo. Figura 5 - Opes para um componente. Para criar um novo componente, repita o mesmo procedimento, com um componente qualquer, entretanto, clique em New Model (figura 6). Figura 6 - New Model 32 Naprximatela,osparmetrosdonovocomponentesointroduzidos.Parmetros quenoforemintroduzidosterovaloresdefault.Nestaaulautilizaremosapenasos parmetros referentes ao hFE. Figura 7 - Parmetros. Emseguida,vemtools>>options...eselecioneAwaysCreatePartWhenSaving Model. Salve o arquivo. Assim, ser criada uma library contendo os componentes criados pelo usurio. Para simular o novo componente, necessrio adicionar estalibrary para os arquivos desimulao.Faaoseguinte:Crieumnovoarquivodesimulao,ousejfoicriadoum arquivo v at Simulation Settings. Ento abra a aba Libraries (figura 8) e procure pelo arquivo criado anteriormente. Selecione o arquivo e depois clique em Add to Design. Figura 8 Em seguida, basta rodar a simulao normalmente. 33 4.Amplificador no-inversor base comum Simularocircuitodoamplificadorno-inversordafigura9noPSpice,utilizandoo modelo do transistor inserido na seo 3.1. Fazer??????= 10??????. Medir Ai e Av. Figura 9 5.Amplificador inversor com divisor de tenso Simularoamplificadorinversorporemissorcomumdafigura10.Fazer??????= 10??????. Medir Ai e Av. Figura 10 6.Seguidor de emissor e circuito em cascata Implementaro circuitodo seguidordeemissor11, comsua entradaligadanasadado amplificadorinversorcom divisordetenso.MedirAveAidocircuitoseguidordeemissore do circuito em cascata. 34 Figura 11 7.Realimentao Inserirnocircuitoemcascatadoitem3.4umarealimentao,comresistoresR1eR2, como a figura 4. Utilizar R2 fixo e variar R1 para observar as variaes no ganho de tenso. Calcular R2 e R1 para quea impedncia deentrada do primeiro estgio no influencie muito a equao (1). 35 Universidade Federal de Santa Maria Curso de Engenharia Eltrica 7.Projeto e clculo de parmetros de um amplificador de pequenos sinais utilizando TJB Disciplina de Fundamentos de Eletrnica 1.Objetivos -CalcularemontarumcircuitocompolarizaoDCdeformaafuncionarcomo um amplificadordepequenossinais.Nestaaplicaoserocalculadososvaloresdeganhose impedncias. 2.Base terica a.Polarizao por divisor de tenso Aabordagemsobreoprojetodeumcircuitocom polarizao por divisor de tenso no ser o foco desta aula. Ser utilizada a anlise aproximada e o pequeno erro obtido no ser consideradoportornar-sepequenoemcomparao,por exemplo,comoerrocausadopelavariaodoganho()do transistor durante a operao.b.Especificao do circuito Noprojetodeumcircuito paraumaaplicaorealdeve-seterbemclaroainfluncia decadacomponentequetemosseusvaloresdefinidosaoinciodoprojetoparaatingiros requisitos ao final da montagem. Sero especificados: alimentao em 15 V, impedncia de entrada (Zi) maior que 500, impedncia de sada (Zo) maior que 100 e ganho de tenso (Av) 20. O transistor utilizado deve ser um BC548, com o ganho esperado 350. c.Polarizao CC Foi fixada em 20mA a corrente mxima que deve circular pelo emissor do TJB, assim: ??????=12????????????= _________??????, ??????+??????=?????????????????????=15???20??????= ___________ Com uma menor corrente de polarizao consegue-se impor uma maior resistncia no coletor, o que ir influenciar a impedncia de sada.(Dividiu-se em valores comerciais ????????? ?????? de forma que ??????= 180 e ??????= 560 . ) Figura 1 -Circuito com polarizao por divisor de tenso 36 Calcula-seatensoacorrentenabasepelamalhaqueenvolvebaseeemissordo transistor: ??????=?????? ?????????+0,7??? = _________???e ??????=10?????????= ________ A Comumacorrentede1mAnodivisordetensojpode-seconsiderardesprezvela corrente de base do transistor, assim ???2=??????1??????= _______??? e ???1=(15?????????)1??????= _________ ???. (Passando para valores comerciais R2 4x 1,5k+ 320 eR1 2x 3,8k+1k) d.Circuito equivalente AC Ocircuitodafigura1jestandopolarizadoemumnvelDCapropriadopodeser reduzidoaocircuitoequivalenteACnestemomento, todososnveisDCserodesconsiderados.Nesta anliseasfontesdetensocontnuaeoscapacitores representam um curto circuito para sinal alternado na freqnciadeteste.Destaformatem-seocircuitoda figura 2 ( importante entender esta etapa para seguir adiante). A seguir substitui-se o transistor pelo circuito re equivalente que uma resistncia .re e uma fonte de corrente, dando origem ao circuito da figura 3. Estecircuitonoreal, somenteservedeferramentade formaavisualizareanalisaro comportamentoemACpormeiode ferramentasjconhecidasde circuitos. Ovalordereexistesomente para anlise AC, dado pelo IE de polarizao (DC) : re=26mVIE= ______ A impedncia de entrada a impedncia vista entre os terminais de entrada, assim: Zi=R1//R2// . re ______ Aimpednciadesadaaimpednciavistaentreosterminaisdesadaquando nenhum estmulo aplicado entrada, assim a fontedecorrenteum circuito aberto. Tem-se: Zo=ro//RC ______ Comorodadonafolhadedadosdofabricanteentre18e60S,oqueequivalea 55,5 e 16,7 k, este paralelo praticamente o mesmo valor de RC. Figura 2 - Circuito para anlise AC Figura 3 Circuito incluindo o modelo AC do transistor 37 O ganho de tenso sem carga esperado deste circuito dado pelo produto do valor da corrente que circula pela fonte de corrente e impedncia de sada. Av=RC// ??????rE O ganho de corrente ser: ?????? =??????????????????+??????(???+?????????) Sendo ??? = ???1//???2 conforme Figura. De forma alternativa o ganho de corrente pode ser obtido atravs do ganho de tenso, assim: ?????? = ?????? ???????????? e.Parmetros de influncia em Zi e Zo. Observando-seaFigurapode-seconcluirqueZicaracterizadaporuma associao em paralelo entre R1, R2 e . re. Como um valor caracterstico do transistor, re pode ser alterado com a corrente de polarizao, Zi pode ser alterada de acordo com os valores das resistnciasR1 e R2. Do mesmo modo, a impedncia de sada caracterizada pela associao paralela entre ro e Rc, sendo alterada ento pela mudana da resistncia de coletor (Rc) visto que ro tambm um valor caracterstico do transistor. 3.Procedimento experimental -Montar o circuito da figura 4. -Inserirumsinalalternadoparaseramplificadosemresistncianaentradaenem carga. -Medir o ganho de tenso sem carga. -Colocar uma alta resistncia, valor prximo a Zi, na entrada e verificar a variao do ganho. Calcular ento a impedncia de entrada. -Para que se calcule a impedncia de sada, sem a resistncia de entrada, coloca-se uma pequena carga (valor prximo a Zo) e verifica-se a queda de tenso.

Figura 4 Circuito para anlise ACR1R2RcREC1CeC2cebVccVoVi38 4.Materiais a serem utilizados -3 capacitores eletrolticos c =100 F -4 resistores de 1.5k + 1 resistor de 320 = 6,3k -2 resistores de 3.8k + 1 resistor de 1k = 8,6k - 1 resistor de 180- 1 resistor de 560 5.Bibliografia:BC546 THRU BC549 Datasheet em http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/GeneralSemiconductor/mXyzqszz.pdf 39 Folha de aulaNome(s):___________________________________________________________________________________________________________________________________ Data: ___/___/___ 1.Comparao entre parmetros tericos e prticos. CalcularosvaloresapresentadosnafundamentaotericaepreencheraTabela1. Apresentar na Tabela 5 os valores reais (implementados na prtica) e os medidos. Re = Zi = Zo = Av = Ai = 1)Com base na anlise feita sobre os parmetros que influenciam nos valores de Zi e Zo,faaumaanlisesobreosparmetrosqueinfluenciamnosganhosdetensoecorrente. Dentreessesparmetrosquais(equalmelhoresvalores)podemseralteradosquandose deseja: -Maior ganho de tenso: ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________ -Maior ganho de corrente:____________________________________________________________________________________________________________________________________________________ -Alta impedncia de entrada:____________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 2)Porquenosepodeutilizargrandesresistoresdecoletoreemissorparaa polarizao, qual caracterstica do transistor define esse comportamento? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ParmetrosValoresZi Zo Av Ai Tabela 4-Valores Calculados ParmetrosValoresZi Zo Av Ai Tabela 5-Valores Medidos 40 Universidade Federal de Santa Maria Curso de Engenharia Eltrica 8.TJB: Configurao seguidor de emissor Disciplina de Fundamentos de Eletrnica 1.Objetivos -Polarizao CC da configurao seguidor de emissor de Transistores de Juno Bipolar (TJB); -Anlise CA da configurao seguidor de emissor de TJB; -Caractersticas e aplicaes de Emissor Comum, Coletor Comum e Base Comum. 2.Base terica a.Configurao Seguidor de emissor Quando a sada se d atravs do terminal emissor do transistor, o circuito chamado seguidor de emissor. Nesta configurao, a tenso de sada um pouco menor que o sinal de entrada, devido queda de tenso de base para emissor. Assim, pode-se dizer que Av ~ 1.Diferentemente da tenso do coletor, a tenso do emissor est em fase com o sinal Vi. EdevidoaofatodeocoletorestaraterradoparaanliseCA,tem-senaverdade,uma configurao coletor-comum. Umcircuitoseguidordeemissortemumaaltaimpednciadeentrada,umabaixa impedncia de sada, oposto do comportamento da configurao-padro com polarizao fixa. Apresentatambmumabaixadistorolinear.Muitasvezesestecircuitousadocomoum estgio dereforo (buffer) entrea alta impedncia da fonte desinal ea baixa impedncia da carga. Aconfiguraoseguidordeemissorfreqentementeutilizadaparafinsde casamento de impedncias. O resultado quase o mesmo que obtido com um transformador, emqueumacargacasadacomaimpednciadafonteparaamximatransfernciade potncia pelo sistema. Nesteexperimentovocpoderverificarcomocaractersticasuaaltaimpednciade entrada e baixa impedncia de sada. 41 b.Comparao das configuraes dos amplificadores a transistor: ConfiguraoEC:aconfiguraoemissorcomumapresentaganhodetensoeganhode corrente maiores do que a unidade. Este tipo de ligao o mais verstil e o mais til das trs configuraes. Ri e Ro variam muito pouco com RL e RS, respectivamente, para o circuito EC. ConfiguraoBC:paraoestgiobasecomum,AI menordoqueaunidade,AValto (aproximadamente igual ao do estgio EC), Ri a menor e Ro a maior das trs configuraes. OestgioBCapresentapoucasaplicaes.Algumasvezesusadoparacasamentodeuma baixaimpednciadefonte,quealimentaumacargadealtaimpedncia,oucomoum amplificador no inversor com ganho de tenso maior que a unidade. tambm usado como uma fonte de corrente constante (por exemplo, como um circuito de varredura para carregar, linearmente, um capacitor). ConfiguraoCC:paraoestgiocoletorcomum,Aialto(aproximadamenteigualaodo estgio EC), AV menor que a unidade, Ri a maior e Ro a menor das trs configuraes. Este tipo de circuito encontra muitas aplicaes, principalmente em acopladores entre estgios de circuitoscomfunesdiferentes,comoporexemplo,umafontecomaltaimpednciaeuma carga de baixa impedncia. c.Polarizao CC A polarizao CC determina o ponto de operao quiescente do transistor. Para o circuito seguidor-de-emissor, se2. 10 . R RE >> |Ento: 2 12.R RR VVCCB+= V VBE7 , 0 = E B BEV V V = BE B EV V V = 1 ~ A42 CC cV V= Figura 1. Circuito seguidor-de-emissor, polarizao CC. d.Anlise CA Encontrando modelo equivalente re: Como desejamos a resposta CA do circuito, todas as fontes CC podem ser substitudas porumpotencialnuloequivalente(curto-circuito),umavezquedeterminamapenaso componente CC (nvel quiescente) da tenso de sada, e no a amplitude da oscilao de sada. Almdisso,oscapacitoresdeacoplamentopodemsersubstitudosporumcurto-circuito, j que so calculados com pequena reatncia para a freqncia utilizada. Redesenhamos o circuito para anlise CA de pequenos sinais, conforme a figura 2: Figura 2. Redesenhando para anlise CA de pequenos sinais. 43 Determinao dos parmetros Zi, Zo, Av, Ai. Conformeapresentadonafigura2,omodeloreequivalentedocircuito,podemosapartir deste determinar os parmetros fundamentais para realizao desse experimento. Aplicando a Lei de Kirchhoff das tenses seo de entrada da figura 2 temos: ER Ie re Ib Vi . . + = | (1) BR Ii Vi '. = (2) Com ZbViIb = (3) Substituindo (1) em (3): ER re Zb ) 1 ( + + = | |(4) Determinando Impedncia de entrada, Zi: Para Zi, temos: IiViZi =(5) Sendo Ii a corrente que passa por RB, por divisor de corrente temos: Zb RZb IiIiB +=.'(6) Substitumos (6) e (2) em (5) e obtemos: Zb R ZiB// = (7) Determinando Impedncia de sada, Zo:oooIVZ =(8) Equacionamos IE a partir da figura 2:1)Ib ( IE+ =|(9) Substituindo (3) e aproximando ( | +1)~ | , j que| alto, temos: EER reViI+= (10) Para obtermos a impedncia de sada construmos o circuito conforme da equao (10). Este representado na figura 3: 44 Figura 3. Definio de impedncia de sada para configurao seguidor-de-emissor. Assim: re R ZE o// =(11) Onde re = 26mV/Ie (cc) Determinando Av:Podemos determinar Av, utilizando o divisor de tenso na figura 3. Assim, temos que: re RRViVoAvEE+= = (12) GeralmenteREmuitomaiorquere,porissodesconsideramosovalordere,eoganhode tenso prximo de 1. 1 ~ Av(13) Determinando Ai: IiIoAi =(14) Por diviso de corrente, na entrada da figura 2, temos: Zb RIi RIbBB+=(15) Tambm, EI Io = , substituindo (9) na anterior, temos: Ib Io ) 1 ( + = | (16) Agora, isolando Ii de (15) e substituindo (15) e (16) em (14), temos: 45 Zb RRAiBB++ = ) 1 (| (17) Com (+1)| ~ .Zb RRAiBB+ = | (18) De outra forma, podemos apresentar: ERZiAv Ai = (19) Paragrandepartedasaplicaes,osresultadosreaispodemserbemaproximados, ignorando os efeitos de r0 para essa configurao. Para o exemplo trabalhado nesta experincia prtica, ser utilizado na base do circuito seguidor-de-emissorumdivisordetenso,portanto,bastasubstituirmosoRBdasequaes por R1//R2. Ainda, a impedncia de entrada Zi e a impedncia de sada Zo no so afetadas por Rc, pois eleno refletido para os circuitos equivalentes da baseou emissor. RC s influencia na determinao do ponto quiescente. Anlise do circuito seguidor-de-emissor com carga: Osparmetrosdeimpednciadeentradaesadaparao circuitoseguidordeemissor so sensveis carga aplicada e resistncia da fonte. Parasimplificarmosotrabalho,apresentamosoresultadodasdeduesparaumao circuito com carga. (20) re R ZE o// =(21) re Rs R RR RAvsL EL E+ +=| / ////: com RS (22) re R RR RAvL EL E+=////46 ||.|

\|+ = reRsR ZE o|'// : com RS(23) Onde Rs=Rs//R1//R2 ) // ( // 'L E BR R re R Zi + = |(24) Onde RB=R1//R2 LRZiAv Ai =3.Procedimento experimental a.Seguidor-de-emissor Figura 4 Circuito da configurao seguidor-de-emissor. 1. Calcule as tenses CC na base, emissor e coletor da figura 4. Anote suas respostas na tabela 1. 2. Calcule e anote a tenso CA pico a pico na base, emissor e coletor. 3. Monte o circuito. Mea e anote a tenso CC na base, emissor e coletor. 4. Ajuste o gerador de sinais para obter um sinal de 1 Vpp e 10 kHz (mea esse sinal entre uma ponteira do gerador de sinal e a referncia). 5. Mea e anote a tenso pico a pico na base, emissor e coletor. 47 b.Impedncia de sada 6.Calculeaimpednciadesadadocircuitoapresentadonafigura4.Anoteestevalorna tabela 2. 7. Agora reduza o sinal do gerador de 1 V para 100 mV. 8. Mea e anote a tenso de pico a pico na sada (sem carga). 9. Conecte uma resistncia de carga de 47 na sada. 10. Mea e anote a tenso de pico a pico na sada (com carga). 11.Calculeaimpednciadesadadoseguidordeemissorcomosdadosobtidosnos procedimentos 8 a 10. Anote sua resposta experimental na tabela 1. 48 Folha de aula Nome(s):___________________________________________________________________________________________________________________________________ Data: ___/___/___ 1.Seguidor-de-emissor a.Procedimento experimental Tabela 1 Seguidor-de-emissor: hfe = ______________ Valores CalculadoMedido BECBEC CC CA 2.Impedncia de sada a.Procedimento experimental Tabela 2 Impedncia de Sada CalculadaZsada: Sem cargaVsada: Com cargaVsada: ExperimentalZsada: 3.Anlise dos resultados 1.Odadonatabela1mostraqueoganhodetensodoseguidor-de-emissorfoi aproximadamente: a) 0;b) 1;C) 4,3 V;d) 10 V. 2. A tenso CA no coletor do seguidor-de-emissor foi prxima de: a) 0;b) 0,58 V;C) 1 V;d) 10 V. 3. Pelo fato de a tenso CA no emissor ser aproximadamente igual tenso CA na tabela 1, a impedncia de entrada da base deve ser: a) 0;b) muito baixa;C) 10 ;d) muito alta. 49 4. Explique como voc obteve o valor experimental de Zsada na tabela 2. Observaes:______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Bibliografia: -Robert L. BoylestadeLouis Nashelsky, Dispositivos Eletrnicos e teoria de circuitos, 8a edio, 2004, Prentice Hall. -AlbertPaulMalvino,Eletrnicanolaboratrio,3aedio,1991,Makron,McGraw-Hill. 50 Universidade Federal de Santa Maria Curso de Engenharia Eltrica 9.Projeto e clculo de parmetros de um amplificador de pequenos sinais utilizando configurao darlington com TJB Disciplina de Fundamentos de Eletrnica 1.Objetivos -Montarocircuitoparaamplificaodepequenossinaisdedoisestgiosproposto na figura 2. -Realizar clculos de impedncia de entrada e sada e ganho de tenso para os dois estgios. 2.Base terica a.Configurao darlington Aconfiguraodarlingtonconsistenaconexodedois transistoresbipolaresdejunooperandocomoumtransistor superbeta.Acomposiodedetransistoresatuacomouma unidadenica,comumganhodecorrentequeoprodutodos ganhos de corrente dos transistores individuais. Serutilizadaaanliseaproximadaeopequenoerro obtidonoserconsideradoportornar-sepequenoem comparao, por exemplo, com o erro causado pela variao do ganho () dos transistores durante a operao. Geralmenteutiliza-seaconfiguraodarlingtonnumcircuitoseguidor-de-emissor, pois a finalidade deste circuito ter uma grande impedncia de entrada, ganho de tenso igual a 1 e altssimo ganho de corrente. b.Circuito proposto para a montagemNa figura 2 est o circuito amplificador de pequenos sinais de dois estgios. O primeiro estgio consiste num circuito com polarizao por diviso de tenso, destinado ao aumento de tensodosinaldeentrada.Osegundoestgioumcircuitoparaamplificaodecorrente com um seguidor-de-emissor e configurao darlington. Figura 1 - Configurao darlington num seguidor de emissor (coletor comum) 51 Figura 2 -circuito amplificador de pequenos sinais com dois estgios. c.Anlise AC Estesclculossoosmesmosvistosnasaulasprticasanteriores,nosendo necessrio deduzi-los novamente. AseguirseguemosclculosparaaanliseACdoprimeiroestgioconsideradosem carga,poisaimpednciadeentradadosegundoestgiomuitoalta,conformeservisto durante a execuo dos clculos. Utilize = 1= 2= 350 para todos os clculos. re=26mVIE= _________ , para IE= 10mA Zi=R1//R2// . re __________ Zo=ro//RC __________ , para ro= 50k Av=RC// rorE= ___________?????? = ?????? ????????????= ___________ Aseguirseguem osclculosparaaanliseACdosegundoestgiocomumacargade 10 (que ser substituda por um auto-falante ao final do experimento). re=26mVIE= _________ , para IE= 30mA Zi=R1//R2// ???1. ???2(re +RE// RL) ___________

Zo=RE// R1//R2???1.???2+re ____________

Av=??????//????????????//??????+?????? ___________

?????? = ?????? ????????????= ___________C21uReA100R1B147kR2B47kC410uR1A22kRL10RcA470BC5480R2A4.7kReB47BC548BC337C11uVcc12ViFREQ = 10kVAMPL = 0.009 C31u52 3.Procedimento experimental -Realizar os clculos da anlise AC acima. -Montar o circuito da figura 2. -Inserirumsinalalternadode10mVe1kHz(Vi)emediroganhodetensodo primeiro estgio. ??????= ???0??????= _________ -Inserir um sinal alternado de 10mV e 1kHz na entrada do segundo estgio e medir o ganho de corrente. ??????= ???0??????= _________-Unir os dois estgios e testar amplificador de som. 4.Materiais a serem utilizados -Capacitores eletrolticos: 3 x 1F, 1 x 10F -Resistores: 22k, 4,7k, 470, 100 , 47k , 100k , 47 , 10 5.Bibliografia:http://www.datasheetcatalog.org 53 Folha de aulaNome(s):___________________________________________________________________________________________________________________________________ Data: ___/___/___ 1.Resultado dos clculos. Calcular os valores apresentados na anlise AC e completar as tabelas. ??????= ???0??????= _________ ,do primeiro estgio. ??????= ???0??????= _________, do segundo estgio. 1.Porqueutilizamosdoisestgiosdeamplificao?Comenteaimportnciadecada um deles na amplificao do som. _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ 2.Qual a finalidade de utilizarmos a configurao darlington? _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ 1 estgioValoresZi Zo Av Ai 2 estgioValoresZi Zo Av Ai 54 Universidade Federal de Santa Maria Curso de Engenharia Eltrica 10.Curva Id X Vds do JFET Disciplina de Fundamentos de Eletrnica 1.Objetivos -Entender o comportamento do transistor JFET. -Traar a curva ?????? ????????? do JFET MPF102, para alguns valores de VGS. 2.Base terica a.Funcionamento do JFET de canal N OJFETumtransistoremqueacorrentequepassadoDrainparaoSource(ID) controlada pela tenso entre o Gate e Source (?????????). Se ?????????= 0 e a tenso????????? positiva, ento h corrente passando entre Drain e Source, pois a regio de depleo, que impede a passagem de eltrons no canal N a menor possvel (Figura2).Nessecaso,ocanalNfuncionacomoumaregioresistiva.Tornando-se?????????mais negativo, h um aumento na regio de depleo, o que faz a resistncia do canal N aumentar, at tornar-se infinita. OJFETnofeitoparafuncionarcom?????????> 0,poisocorreriapassagemdecorrente entre Gate e Source. Nesse caso, seria como um diodo. por isso que o smbolo do JFET canal N possui a seta para dentro do Gate (Figura 1). o sentido que teria a corrente caso ?????????> 0. Figura 10 55 Figura 11 AumentandoVDS,humaumentodacorrentenoJFETetambmumaumentona resistncia do canal N, pois ocorre um aumento na regio de depleo. Isso se d at ocorrer a saturaodacorrente,quandoaresistnciadocanal(??? = ?????????????????????)torna-semuitoaltaeoJFET funcionacomoumafontedecorrente.Nafigura3,pode-severificarocomportamentodo transistor para alguns valores de VGS. ExplicaesmaisdetalhadassobreofuncionamentodoJFETnocaptulo5dolivro Dispositivos Eletrnicos e teoria de circuitos, de Boylestad e Nashelsky. Figura 12 56 3.Procedimento experimental a.Desenho da curva ID X VDS para diversos valores de VGS -Montar o circuito da figura 5, utilizando o transstor MPF102 (figura 4). -VariarlentamenteVDS (medircomvoltmetro)paraumVGSconstanteemedira correnteID (com ampermetro),completando a tabela 1. No permitir quea corrente ID exceda 10mA. -Fazer o mesmo procedimento para os valores VGS = -2V e VGS = -4V. -Traar o grfico na Figura 6, para os valores de VGS medidos. A curva deve ser parecida com a da figura 3. -Para a tenso VDS = 10V, descobrir o valor de VGS em que no ocorre corrente ID. Para isso, aumentar lentamente VGS (na tenso negativa) e verificar a variao de ID. Figura 13 Figura 14 57 Folha de aulaNome(s):___________________________________________________________________________________________________________________________________ Data: ___/___/___ 1.Desenho da curva ID X VDS para diversos valores de VGS Tabela 6 VGS = 0VVGS = -2VVGS = -4V VDS ID VDS ID VDS ID Figura 15 -Para VDS = 10V: Valor de VGS que no h corrente ID: ___________ IDVgs58 Universidade Federal de Santa Maria Curso de Engenharia Eltrica 11.Autopolarizao FET Disciplina de Fundamentos de Eletrnica 1.Objetivos -Montar o circuito com JFET na configurao autopolarizao. -Encontraropontoquiescenteatravsdomtodomatemtico,grficoedas medies no circuito montado. 2.Base terica a.Autopolarizao A configurao com autopolarizao elimina a necessidade de duas fontes dc. A tenso controladoragate-sourceagoradeterminadapelatensoatravsdoresistorRs,colocado entre a fonte e o terra, como mostrado na figura 1. Para a anlise DC os capacitores podem ser considerados como curtos-circuitos, assim como o resistor ??????, pois ?????? considerada praticamente zero, resultando na figura 2. ?????? pode ser determinada pela malha representada na figura 2. ????????? ?????????= 0 ?????????= ????????? ?????????= ??????. ?????? Para traar a reta de autopolarizao, precisamos determinar dois pontos no grfico de ????????? ????????????.Oprimeiropontooprpriozeroeosegundopodeserdeterminadopordois mtodos: Figura 1- Configurao para JFET com autopolarizao. Figura 2- Anlise DC da configurao com autopolarizao. 59 b.Mtodo mtemtico Basta unir a equao que determina ?????? para o JFET em autopolarizao com a equao de Shockley, assim temos: ??????= ???????????? 1 ??????????????? 2= ???????????? 1 ??????. ????????????

2 ??????= ???????????? 1 +??????. ????????????

2 Rearranjando os termos temos: ??????2+???2??????+???2= 0 Atravs da equao acima determinamos a correte de dreno-source em que o circuito estabilizar,quepodemoschamardevalordecorrentequiescente(?????????).Comessacorrente podemos determinar ???????????? com a equao a seguir:????????????= ?????????. ?????? c.Mtodo grfico Para este mtodo primeiro precisamos traar a curva de transferncia do dispositivo, e para isto precisamos apenas dos valores de ?????? e ????????????. Como determinar estes dois parmetros empiricamente ser mostrado na prxima seo. Conformeafigura3,podemostraaracurvacaractersticadoJFETatravsdas extremidades (?????? e ????????????) e um ponto intermedirio dado por ??????2 e ????????????4. Comacurvacaractersticapronta,precisamosdeterminarmaisumpontodadopor ????????????2 e ????????????.??????2, conforme a figura 4. Ento traamos uma reta do ponto zero at o ponto recm calculado,sendoqueaintercessoentreestaretaeacurvacaractersticaoponto quiescente. Figura 3- Anlise DC da configurao com autopolarizao. Figura 4- Esboo da reta de autopolarizao e determinao do ponto quiescente. 60 O ponto quiescente (?????????e ????????????) calculado e o encontrado atravs do grfico devem ser bem prximos, pois s existe erro devido s imperfeies no grfico. 3.Determinao de ?????? e ????????????. Caso no seja informado no datasheet do JFET utilizado, os valores de ?????? e ???????????? podem ser encontrados atravs de testes prticos. Paradeterminar??????,primeiroligamosumafontedetensovarivelnoGatedoJFETe umohmmetroentreoDrenoeoterradocircuito,conformeafigura5.Entoaumentamos negativamente a tenso at que o multmetro passe a acusar resistncia infinita. Este ponto considerado ??????. Para determinar ????????????, primeiro ligamos o Gate do JFET direto no terra do circuito, assim comooSource(paraterzerode?????????).Apsligamosumafontedetensovariveldiretono Drenoeumampermetroentreosterminaislivresvistosnafigura6,paramonitormoso aumentodacorrentedeDrenonoJFETconformeaumentamosatensodafontevarivel. Quando a corrente apresentar uma variao muito pequena se comparado com a variao de tenso do JFET, encontramos a ????????????. 4.Procedimento experimental -Para esta atividade utilize ??????= 4??? e ????????????= 12??????. -Montar o circuito da figura 7. -Medir os valores de ????????? e ?????????. -Determinar o ponto quiescente atravs do mtodo matemtico. ?????????= ???????????? 1 + ?????????.????????????

2

????????????= ?????????. ?????? ??????= ?????????????????? ?????????. ?????? ?????????= ??????????????? ??? ??????. ??????+?????? -Traar a curva caracterstica do JFET. -Traar reta de autopolarizao do circuito. -Determinarnumericamenteopontoquiescentepelaintercessoentreosgrficos anteriores. Figura 6- Circuito para determinar ????????????. ampermetro0GMPF102V2SD0 Figura 5- Circuito para determinar ??????. GSV10ohmmetroMPF1020 0D61 -Comparar o ponto quiescente encontrado pelo mtodo matemtico com o encontrado pelo mtodo numrico. 5.Materiais a serem utilizados -Transistor JFET MPF102 -Resistores: 1k, 1M, 3.3k Figura 7- Configurao JFET em autopolarizao. 0 0S Rg1000kRs1kRd3.3kMPF102D0GFonte1562 Folha de aulaNome(s):___________________________________________________________________________________________________________________________________ Data: ___/___/___ 1.Resultado dos clculos. Mtodo matemtico Mtodo grfico Valores medidos ????????? ???????????? ?????? ????????? Porqueocorreramdiferenasentreosresultadosdosdoismtodosutilizadospara encontrar o ponto quiescente do circuito? _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ Qual a principal vantagem da utilizao do transistor JFET em relao ao TJB? Cite duas aplicaes em que o JFET substitui o TJB. _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ IDVgs63 Universidade Federal de Santa Maria Curso de Engenharia Eltrica 12.Polarizao de FET por divisor de tenso Disciplina de Fundamentos de Eletrnica 1.Objetivos -O objetivo desta aula montar o circuito de polarizao DC por diviso de tenso com um transistor de efeito de campo. -Entender a influncia no projeto de cada elemento do circuito. 2.Base terica a.Polarizao por divisor de tenso Ocircuitopolarizadocomautilizaodeumdivisorde tenso similar ao BJT, com a vantagem de que a anlise ser exata, pois a corrente de gate nula. Paraprojetodefine-seatensonafonte(Vs)deacordo com os valores de RFe corrente quiescente esperados, ento a tensodegatedefinidapelodivisordetensodeforma independente. Graficamentetem-seacurvadetransfernciadoFETe comelacruzaaretaquedescreveVGS emfunodacorrente de polarizao quiescente ID: ?????????= ???????????????????????? ??????. ?????? Opontocomumsduaslinhasseropontodepolarizao(Q),comonogrfico1,a seguir. Grfico 1 Interpretao grfica da polarizao por divisor de tenso. Figura 1 Polarizao por divisor de tenso 64 3.Projeto de circuito com divisor de tenso No circuito de polarizao por divisor de tenso utilizando um transistor JFET (MPF102) vai-se admitir os valores de VP e IDSS como sendo 4 V e 12 mA, respectivamente. 1.Inicialmente define-se o ganho de corrente em relao tenso de entrada, ou transcondutncia,esperadonapolarizaodesteFET,paraissoolha-separaa inclinao da curva de transferncia (grfico 1, curva mais esquerda). Pode-se obtervaloresrelativamentebaixos,prximosdeVP,atvaloresbastantealtos, prximosaIDSS (VGSzero).Estesvaloresficamdefinidospelainclinaodareta IDSS xVGS, pela derivada da equao deShockley. Esta relao ser melhor vista na anlise AC. ??????=2. ??????????????????

1 ???????????????

2.Definidoopontodeoperao(VGSq)seobtmnacurvadetransfernciaa corrente equivalente (IDq) e com ela, j definido um valor para RF, determina-se VF por VF= ?????????. ??????. 3.TendoVDesabendo-seVGSnecessrioparaaoperaonopontoescolhido determina-se a tenso no divisor por ????????????????????????=?????????+??????. ?????? 4.Escolhe-seumvalorparaR1ouR2eapsissodetermina-seooutrovalora partir da anlise do divisor de tenso formado com essas resistncias. 4.Procedimento experimental O circuito j projetado tem Rf=3.3 k, Rd=1 k R1 = R2 = 100 k. a.Calcularoqueseesperadocircuitomontadosugesto:jirmontandoo circuito enquanto o grupo calcula -Desenharacurvadetransferncia(IDxVGS)esperadaparaosvalores de VP e IDSS admitidos na folha em anexo. -Calcular tenso no divisor (VDIVISOR).-Desenharnomesmogrficoaretaesperadade?????????= ???????????????????????? ??????. ??????, ou rearranjando-se ??????= ???????????????????????? ??????????????? -Observar o ponto de encontro das retas (ponto de polarizao) e anotar os valores de VGS e ID. -Desenhar no mesmo grfico outras retas esperadas caso RF seja aumentada em 1k e 2k mantendo-se a tenso no divisor. b.Montar o circuito-Fazer medidas de VGS,VF, VD e ID. -Preencher a tabela com os valores medidos. 65 Folha de aulaNome(s):___________________________________________________________________________________________________________________________________ Data: ___/___/___ 1.Resultados experimentais -Esboce o grfico apresentando as curvas pedidas no Item 3.1: IdVgs Preencha a tabela com os valores solicitados: ParmetrosValores medidos VGS Vf VD ID -Apresentar o clculo da tenso no divisor de tenso: 2.Anlise dos resultados Qual o erro observado entre os valores tericos (calculados) e prticos (medidos)? Esse erro tolervel? _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ QualainflunciadeRfnopontodepolarizao?OsvaloresdeRfeID sodiretamente proporcionais? Justifique a resposta. __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ A polarizao por divisor de tenso do FET apresenta alguma vantagem em relao do BJT? Justifique a resposta._______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 66 Universidade Federal de Santa Maria Curso de Engenharia Eltrica 13.Anlise do FET para Pequenos Sinais Disciplina de Fundamentos de Eletrnica 1.Objetivos -Realizar a anlise CA de um circuito JFET com polarizao fonte comum. -Medir e calcular a tenso de sada, o ganho de tenso CA e a impedncia de sada do circuito. 2.Base terica a.Amplificadores FET Osamplificadores com transistores deefeito decampo proporcionam um timo ganho de tenso, alm de fornecer alta impedncia de entrada. Possuem baixo consumo de potncia e so aplicveis a uma ampla faixa de freqncias. b.Amplificador fonte comum Devido a curva de transcondutncia do JFET ser parablica, a operao do amplificador fontecomumproduzumadistoroquadrtica,porissoumamplificadorfontecomum usualmentepreferidoparaoperarempequenosinal.Devidoaofatodegmserrelativamente baixo, o amplificador fonte comum tpico tem um ganho de tenso relativamente baixo. c.Modelo do FET para pequeno sinal Princpio:Atensoporta-fontecontrolaacorrentedreno-fonte(canal)deumFET.A tenso porta-fonte controla o valor CC da corrente de dreno pela relao de Shockley:21||.|

\| =PGSDSS DVVI IAvariaonacorrentededrenoresultaemumavariaodatensoporta-fonte. Determina-se essa variao atravs do fator transcondutncia gm: DGSmIVgAA=DeterminaomatemticadegmsimilarasoluodaresistnciaCAdeumdiodo encontra-sepeladerivadadeumafunoemumpontoqueigualinclinaodeuma retatangentedesenhadanessepontoaderivadadeIDcomrelaoaVGSnaequaode Shockley: 67 Impedncia de entrada: Zi = . Valor comum: 109 para JFETs. Impednciadesada:NodatasheetobtidaporyOS. Zo=rd=1/yOS.Umaaproximao bastante comum considerar a impedncia de sada infinita (circuito aberto).te cons VDDSdGSIVrtan =AA= Equivalente CA do FET: Fig. 1 - Equivalente CA do FET. d.Circuito JFET com polarizao fonte comum AanlisesimilaranliseCArealizadaemamplificadorescomTJB.Definem-se parmetros como Zi, Zo e Av. Fig. 2 - Circuito para polarizao CC fonte comum. Na anlise CA: - Os capacitores de acoplamento atuam como curtos-circuitos; -gmerdsodeterminadosapartirdapolarizaoCC,datasheetoudacurva caracterstica; 68 - Atravs da teoria da sobreposio VDD = 0 V. Desse modo: Fig. 3 - Circuito equivalente CA da polarizao fonte comum. ZI: RG ZO: Para obter ZO deve-se fazer Vi = 0 V, desse modo gm.VGS = 0 mA, a fonte de corrente passa a ser um circuito aberto e a impedncia de sada ZO = RD//rd. Se rd for alta (pelo menos 10:1 em relao a RD) pode-se considerar ZO~RD. AV: Resolvendo para VO:VO = - gmVgs(RD//rd) Vgs = Vi e VO = - gmVi(RD//rd)

O sinal negativo de Av evidencia um desvio de 180 na fase entre a tenso de entrada e sada. 3.Procedimento experimental 1.Seja o circuito da figura 4. Considerando gm igual a 2000 uS, calcule o ganho de tenso de sada (AV) e impedncia de sada (ZO).Anote a resposta na tabela 1. ) //r (R g -Vd D m= =iOVVA69 Fig. 4 Circuito experimental. 2.Monte o circuito com RL igual a infinito.(Sem RL) 3.Ajuste o gerador de funes para 1 kHz e 0,1 VPP na entrada. 4.Observe o sinal de sada. Ele deve ser uma senide amplificada. Mea e anote a tenso de sada pico a pico. Depois calcule o ganho de tenso (Av).Anote a resposta na tabela 1. 5.Insiraumpotencimetrocomocargavarivel.Ajusteestacargaatqueatensona sada seja metade da tenso sem carga. 6.Desconecte o potencimetro do circuito e mea sua resistncia. Anote este valor como ZO na tabela 1. Assim, voc acaba de encontrar a impedncia Thevenin (Zo) pelo mtodo do casamento de impedncias. 7.SubstituaoMPF102porumMOSFETdotipodepleoepreenchaaltimalinhada tabela 1. 8.Repita os passos de 1 a 6 com o novo componente. 70 Folha de aulaNome(s):___________________________________________________________________________________________________________________________________ Data: ___/___/___ a.Resultados experimentais Tabela 1 FETCalculadoMedido VsadaAvZo Vsada AvZo MPF102 MOSFET-D Espao para demonstrao dos clculos: OBS: MPF102 71 Universidade Federal de Santa Maria Curso de Engenharia Eltrica 14.MOSFET de intensificao Disciplina de Fundamentos de Eletrnica 1.Objetivos -Entender o MOSFET de intensificao. -Fazer a polarizao CC do MOSFET. -Fazer modelagem AC e utilizar o circuito como amplificador inversor. 2.Base terica a.MOSFET de intensificao tipo N O MOSFET tipo intensificao o mais utilizado em circuitos integrados analgicos e digitais.Na Figura 1 est o MOSFET de intensificao tipo N (NMOS). Figura 16-(Boylestad, Nashelsky) OMOSFETdeintensificaopossuiumcanalqueativadoquandoatensoVGS maior do que uma tenso de gatilho (trigger): VGS(Th). Essa tenso VGS(Th) normalmente est entre 0,3V e 5V, de acordo coma aplicao. Na figura 2 esto as curvas do NMOS para diversos valores de VGS. 72 Figura 17 Curva do MOSFET de intensificao para vrios valores VGS(Wikipdia) Na regio de saturao (saturation region), a corrente no dreno (ID) comporta-se como uma parbola para valores de VGS>VGS(Th). Na figura 3 est o grfico de ID na regio de saturao (Figura 2) do transistor. A equao dada por (1). O valor de k depende do transistor. Figura 18 ID (VGS) para VDS fixo ID= k VGSQ ???????????????

2 (1) b.Polarizao para divisor de tenso Parafazeraaplicaodotransistorparapequenossinais,necessriodeixaro transistor em um ponto de polarizao. 73 Como a figura 4, tem-se que ??????=???2???1+???2 ????????? e ??????= ?????? ??????.Assim, ?????????= ?????? ?????? ??????. Sabe-se tambm que ?????????= ????????? ??????(??????+??????). Para polarizar o transistor, pode-se fazer: -Escolher VDS = 0,5VDD (regra de projeto). -Escolher um valor de ID(Q), de acordo com os limites de corrente do transistor. -Fazer RS = 4.RD (regra de projeto) e calcular esses resistores a partir de ID(Q). -Na equao (1), sabendo-se ID(Q), k e VGS(Th), calcula-se VGS(Q). -A partir de VGS(Q)e VS, pode-se calcular os resistores R1 e R2 do divisor de tenso. Figura 19 c.Modelagem AC Transcondutncia (gm) ParafazeramodelagemAC,damesmaformaqueoJFET,necessriosabera transcondutncia do transistor para o ponto de operao quiescente. A equao : gm=IDVGS= 2k VGSQ ?????????(??????) (2) Modelo AC O modelo do transistor NMOS na regio de saturao, dado pela figura 5. 74 Figura 20 Modelo AC do transistor NMOS Nafigura5,rdaresistnciadodreno,quepodeserobservadapeladeclividadedas curvas na regio de saturao (figura 2). Paraapolarizaopordivisordetenso,adicionam-seosresistoresR1,R2eRDno circuito de pequenos sinais, como na figura 6. Figura 21 Assim, os principais parmetros do circuito so: ??????= ???1||???2 ??????= ??????||?????? ?????? ????????????= ?????? ?????? 3.Procedimento experimental a.Polarizao do circuito de divisor de tenso Dado o da figura 7. 75 Figura 22 Atensodeentradadeveseremtornode100mV.Paraisso,ajusteaamplitudede tenso no gerador de funes, com o potencimetro, no mnimo valor possvel.Depoisselecione20dBdeatenuao.Issofazcomqueaamplitudedosinalseja dividida por um fator de 10. A atenuao de 40dB atenua por um fator de 100, enquanto que a atenuao 60dB (ambos botes pressionados) um fator de diviso por 1000. Em seguida, utilizando o osciloscpio, faa medidas da tenso de entrada e da tenso desada.Calculearelaoentreastenseseverifiqueseossinaisestoounodefasados. Faa uma aproximao de quantos graus a defasagem. Pinos do MOSFET 2N4351: Figura 23 76 Folha de aulaNome(s):___________________________________________________________________________________________________________________________________ Data: ___/___/___ 1.Paracadavalordetensodafonte,faamedidasdoganhoem tenso para a configurao dada. Sendo o ganho em tenso G =Vo/VinTabela 7 Vfonte = 5VVfonte = 10VVfonte = 15V Vin VoG Vin VoG Vin VoG 100mV100mV100mV 200mV200mV200mV 300mV300mV300mV 400mV400mV400mV 500mV500mV500mV Questes:Observando as caractersticas da regio de saturao e da linear na figura 2, o que se conclui: o transistor trabalhou na regio linear ou de saturao? Por qu? ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ O que se pode dizer sobre o ganho para uma mesma tenso da fonte? ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Houve saturao do MOSFET? A partir de quais tenses de entrada Vin? ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Os sinais de entrada e sada esto ou no em fase?Faa uma aproximao para cada valor de tenso da fonte. ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 77 Universidade Federal de Santa Maria Curso de Engenharia Eltrica 15.Influncias externas (Rs, Rl e frequncia) num circuito com JFET Disciplina de Fundamentos de Eletrnica 1.Objetivos -Perceber como afetam o ganho de um amplificador a JFET uma resistncia de sinal (????????????),umacarga(??????)eabandadecortedevidoaoefeitodoscapacitorestantoembaixa como em alta freqncia. -MontarumcircuitocomJFETemautopolarizaoeanalisarisoladamenteastrs influncias externas descritas acima. 2.Base terica a.Circuito com JFET em autopolarizao Conforme mostrado em aulas prticas anteriores, a configuraocomautopolarizaoeliminaanecessidade deduasfontesdc.Atensocontroladoragate-source agoradeterminadapelatensoatravsdoresistor??????, colocadoentreafonteeoterradocircuito,como mostrado na figura 1. Serutilizadoestecircuito,pelasuasimplicidade decompreenso,paramostrarainflunciadefatores externos????????????, ??????eafrequnciaemqueosinalser atenuado.ParaaanliseACdocircuitodafigura1, apenas ser adicionado um capacitor entre o source e terra para desviar ??????. b.Influncia da impedncia da fonte (????????????) e da carga de sada (??????) OisolamentoqueexisteentreogateeodrenoousourcedeumamplificadoraJFET asseguraquevariaesem??????noafetamonvelde??????evariaesem????????????noafetam??????. Issogaranteasequaesabaixo,conformeoaconfiguraoemautopolarizaodafigura2 com ?????? desviado. ??????= ?????? ??????= ?????? Aresistnciadesinal(????????????)influncianoganhodocircuitoatuandocomodivisorde tenso, reduzindo o sinal que chegar em ??????. Logo ?????? ser dado por: Figura 1 - Configurao para JFET com autopolarizao. 78 ??????= ??????.????????????+???????????? Aresistnciadecargatambm reduzir o ganho de tenso do circuito, poisestedependediretamenteda impednciadesada,queincluindoa carga??????irsofrerumagrande reduo.Onovoganhodetenso considerando a carga ser: ??????= ??????. ??????||?????? ??????= IDIGS Conformeocircuitodepolarizaodaaulaprtica11,paraotransistorJFETMPF102, temos IDSS= 12mA , VP= 4V e VGS 2.3, logo: ??????=2IDSSVP

. 1 VGSVP=2 0.0124. 1 2.34= 2,55?????? O ganho de corrente dado por: ??????= ??????. ???????????? Ainflunciade??????e????????????emoutrasconfiguraesutilizandoJFETpodeservistano quadro 10.1(Resumo deConfiguraesa transistor)do livro Dispositivos Eletrnicos eTeoria de Circuitos, de Boylestad e Nashelsky. c.Influncia da frequncia Determinarafaixadefrequnciaemqueumcircuitoconseguemanterumganho estvelmuitoimportante,poisquandosetratadealtasoubaixasfrequncias,osinalde entradapodeseratenuadodeformasignificativa,ouseja,possuiumganho consideravelmente menor que numa freqncia de operao normal. Nafiguraaseguitemosumgrficodeumabandadepassagem,ouseja,faixade freqncia em que o ganho do circuito praticamente constante. A frequncia de corte (???1 e ???2) ocorre quando o sinal de sada sofre um reduo de 3 decibis(db), que so equivalentes 30%. Figura 2 - Amplificador a JFET com ?????? desviado e com ???????????? e ??????. 79 d.Determinao da regio de corte em baixa frequncia (??????). Paradeterminaodestafrequenciadevemoslevaremconsideraoostrs capacitoresutilizadosnocircuito(??????,??????e??????).Entocalculamosafrequnciadecortepara cadaumdeles.Afrequnciadecorte mais altaconsideradacomoaregiodecorte(???1)da figura 3. Para o clculo destas frequncias seguem as equaes a seguir: ?????????=12. ???. ??????||1?????? . ?????? ?????????=12. ???. ????????????+??????. ?????? ?????????=12. ???. ??????+??????. ?????? e.Determinao da regio de corte em alta frequncia (??????). Paraaltasfrequnciasocorrequecapacitnciasintereletrodosedefiaoiro determinarascaractersticasdosamplificadores.Oscapacitores?????????e?????????variam, tipicamente, de 1 at 10pF, enquanto que a capacitncia ????????? normalmente um pouco menor, variando de 0.1 at 1pF. Nocircuitodafigura4vemosascapacitnciasconsiderveisparaaltasfrequncias, juntocomocircuitosimplificado.Paradeterminarafrequnciadecorte???2,precisamos determinarafrequnciadecortepara?????????e?????????,sendoqueafreqnciamaisbaixaser consideradaadecorte.Ascapacitnciasdessecircuitosoinformadaspelofabricante.A seguir temos os clculos para essas frequncias. Figura 3 - Exemplo de resposta de freqncia. 80 ?????????=12. ???. ?????????1.?????? ?????????1= ????????????||?????? ??????= ?????????+?????????+????????? ?????????= 1 ??????. ????????? ?????????=12. ???. ?????????2.?????? ?????????2= ??????||?????? ??????= ?????????+?????????+????????? ??????0= 1 1??????. ????????? 3.Procedimento experimental Calculeoganhodocircuitodafigura5paraosquatrocasosaseguir,considerando ??????= 2,55?????? e ??????= ????????????: a)Sem carga (??????) nem resistncia de sinal (????????????); ??????= ??????. ?????? b)Apenas com ????????????; ??????= ??????.????????????+???????????? ??????= ??????. ??????.????????????+???????????? c)Apenas ??????; ??????= ??????. ??????||?????? d)Com ?????? e ????????????. ??????= ??????. ??????||??????.????????????+???????????? -Monteo circuito da figura 5 emea o ganho dos quatro casos anteriorespara um sinal de entrada de 0.5 mV de amplitude. -Compare o valor do ganho calculado com o encontrado na prtica. -Com ?????? e ????????????, tire o capacitor ?????? e mea o ganho. Figura 4 - Elementos capacitivos que afetam a resposta em altas frequncias de um amplificador JFET. 81 -Com??????e????????????meaaamplitudedosinaldesadadocircuitopara5kHz.Ento aumenteediminuaafreqnciaatencontrarasfreqnciasdecortedocircuito(???1e???2), sendo estas caracterizadas por uma diminuio de 30% da amplitude do sinal de sada. -Com??????emudando????????????para4,7k,meanovamenteaamplitudedosinalde sadadocircuitopara5kHz.Entoaumenteediminuaafreqnciaatencontraras freqncias de corte do circuito (???1 e ???2). 4.Materiais a serem utilizados -Capacitores eletrolticos: 3 x 1F -Resistores: 47k, 1M, 1k, 2 X 3.3k Figura 5 - Circuito para ser montado nesta aula prtica, incluindo ?????? e ????????????. Rd3.3kVsFREQ = 5kVAMPL = .5 CS1uD Ci1u0 0Rsig47kG MPF102S Rg1000k0Co1uRL3.3kRs1k0 0Fonte15082 Folha de aulaNome(s):___________________________________________________________________________________________________________________________________ Data: ___/___/___ 1.Resultados. Natabelaaseguirinsiraosresultadosdosclculosedasmediesrealizadaparaos quatro casos mensionados anteriormente. ?????? para:Valores calculadosValores medidos Sem ?????? e ???????????? Apenas ???????????? Apenas ?????? Com ?????? e ???????????? ?????? sem o capacitor ??????:______. Na tabela a seguir insira as frequncias de corte encontradas na prtica.???????????? = 47k???????????? = 4,7k ???1 (corte em baixa freq.) ???2(corte em alta freq.) 1.O que ocorre com o ganho de tenso quando adicionamos uma resistncia de sinal ao circuito? Justifique. _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ 2.Oqueocorrecomoganhodetensoquandoadicionamosumacargaaocircuito? Justifique. _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ 3.Explique o que banda passante de frequncia: _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________