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Escola Politécnica - USP
PSI 2325 Laboratório de Eletrônica IExp 4: Polarização de Transistores JFET
Equipe: -
-
-
Turma:
Profs: --
Data de Realização do Experimento: Nota:
Bancada:
2002
B–66 Laboratório de Eletrônica I – Exp. 4
1. Introdução
O experimento Transistor TECJ, tem como principais objetivos:
• desenver projetos utilizando este componente, comparando os resultados dametodologia destes projetos com os resultados práticos.
• coleta de dados através de curvas características.• verificar experimentalmente o funcionamento do TECJ.• verificar as diferenças entre os projetos onde são realizadas aproximações
matemáticas, os modelos computacionais e as montagens. Introduzir a noção deconfiabilidade para os modelos teóricos e de simulação face ao observado naprática.
2. Projeto (a ser realizado ANTES da aula experimental)
Atenção: Anexe a este relatório uma cópia das curvas características do BF245C
Atenção: Utilize resistores da série E12 (10 12 15 18 22 27 33 39 47 56 68 82)acrescidos dos resistores 910Ω , 1,3kΩ e resistores acima de 1MΩ da série E24.
2.1 A partir da equação 2 da apostila, reproduzida abaixo, deduza a expressão de gm.Note que: gm=δID/δVGS.
ID = IDSS 1−
VGS
VP
2
( eq. 2 )
Exp. 4 – Polarização de Transistores de Efeito de Campo (FET) B–67
2.2 Projetar um amplificador tipo fonte seguidora como na figura 1, utilizando paraisto a fórmula de gm do item 2.1, seguindo as especificações abaixo (utilize ascurvas características do BF245C). Recalcular as tensões e correntes solicitadaspara os valores nominais dos resistores. Coloque esses valores na tabela 4.1. (Nãoesqueça de colocar os valores de IDSS, VP e gm esperados).
Especificações:
Fonte deAlimentação:
12 V
Ganho CA freq.Médias:
0,8
Impedância de Ent.(R1//R2):
1 MΩ
Transistor: BF 245CResistores: Série E12Corrente Quiescentede Dreno:
ID=3,5 mA
Figura 1: Circuito de um AmplificadorFonte Seguidora.
ValoresEsperados
R1 R2 RS VDS VGS VRS ID
Cálculo Inicial
Nominal
B–68 Laboratório de Eletrônica I – Exp. 4
2.2.0 Para um Ve = 100mV, calcule o valor esperado de Av e Vs. Preencha a tab. 4.1.
2.2.1 Utilizando a curva característica ID x VDS do BF245C abaixo, desenhe a reta decarga e o ponto de operação. Prever o máximo valor da excursão de saída (em relaçãoao PQ), e discutir se nesta situação ocorre distorção apreciável do sinal amplificado.
Exp. 4 – Polarização de Transistores de Efeito de Campo (FET) B–69
2.2.2 Calcular as impedâncias de entrada e saída em frequências médias. Preenchaa tabela 4.1.
ZE ZS
2.2.3 Simule o circuito projetado (com valores nominais) no Pspice Eval6.3A, obtendo oponto quiescente de polarização, para assim preencher os dados solicitados na tabela4.1, e trace também o gráfico VS x VE, especificando nele o ponto quiescente depolarização e os limites Eg1 (onde o amplificador deixa de ser linear - é um valor atécerto ponto subjetivo) e Eg2 (onde o amplificador satura). Anexe o diagramaesquemático e a curva VS x VE .
Eg1
–Eg1–Eg2
Eg2
Vs
Ve
B–70 Laboratório de Eletrônica I – Exp. 4
2.3 Projetar um amplificador tipo fonte seguidora com fonte de corrente comoindicado na figura 2, seguindo as especificações abaixo. Recalcular as tensões ecorrentes solicitadas para os valores nominais dos resistores. (use o versos senecessário). Coloque esses valores na tabela 4.1.
Especificações:
Fonte deAlimentação:
12V
Ganho CA freq.Médias:
Qual o ganhoesperado?
Impedância de Ent.(R1//R2):
500KΩ
Transistor: BF254CResistores: Série E12Corrente Quiescentede Dreno:
ID= 3,5 mA
Tensão Coletor-Emissor:
VCE = 2V
Corrente do Zener Iz=54mATensão de Zener: Vz = 3,9V
Ve
Figura 2: Circuito Amplificador comFonte de Corrente Constante
ValoresEsperados
R1 R2 RE R3 VDS VGS VCE VRE ID
CálculoInicial
Nominal
Exp. 4 – Polarização de Transistores de Efeito de Campo (FET) B–71
2.3.0 Para um Ve = 100mV, calcule o valor esperado de Av e Vs. Preencha a tab. 4.1.
2.3.1 Utilizando a curva característica ID x VDS do BF245C abaixo, desenhe a reta decarga e o ponto de operação. Prever o máximo valor da excursão de saída. O valorresultante da excursão é maior ou menor que aquele obtido no item 2.2.1 para oamplificador tipo fonte seguidora sem fonte de corrente? Por quê?
B–72 Laboratório de Eletrônica I – Exp. 4
2.3.2 Calcular as impedâncias de entrada e saída em frequências médias.
ZE ZS
2.3.3 Simule o circuito projetado ( com valores nominais) no Pspice Eval6.3A, obtendo oponto quiescente de polarização, para assim preencher os dados solicitados na tabela4.1, e trace também o gráfico VS x VE, especificando nele o ponto quiescente depolarização e os limites Eg1 e Eg2 (definidos no item 2.2.3). Anexe o diagramaesquemático e a curva VS x VE .
Sugestões Para Simulação: Ler a apostila teórica e o Exercício com Spice, deCircuitos Eletricos II - PSI 312.
Exp. 4 – Polarização de Transistores de Efeito de Campo (FET) B–73
3. Procedimento Experimental
3.1 Análise dos parâmetros experimentais do TECJ
Atenção: este item pode ser feito ao longo do experimento. Vá fazendo ositens subsequentes, aguardando até o traçador de curvas estar livre.
3.1.1 Utilizando o traçador de curvas, obtenha a curva IDS(ma)xVDS(V) de acordocom as instruções disponíveis no próprio traçador. Obtenha os valores reais de IDSS,Vp e gm (ID=3.5mA) para o seu transistor. Anexe as curvas obtidas a seguir.
IDSS Vp gm
3.1.2 A partir das curvas do item anterior, monte uma tabela que permita obter acurva IDS(ma)xVGS(V). Utilizando o programa PLOTE, obtenha esta curva. Ainda noprograma PLOTE, verifique qual das expressões abaixo (apresentadas na apostila)de IDSxVGS melhor se ajusta à curva experimental. Discuta o resultado obtido. Asexpressões apresentadas de IDSxVGS são:
Tabela ____________ VDS = ______
ID = IDSS 1−
VGS
VP
2
( eq. 2 ) e
ID = IDSS 1− 3VGS
VP
+ 2
VGS
VP
3 / 2
( eq. 1 )
3.1.3 Compare os valores típicos de IDS, VP e gm (ID=3.5mA) empregados no projetocom os valores experimentais obtidos.
B–74 Laboratório de Eletrônica I – Exp. 4
3.2 Amplificador tipo Fonte Seguidora sem Fonte de Corrente
3.2.1 Selecionar os componentes necessários e anotar seus valores nominais,preenchendo a tabela 4.1.
3.2.2 Utilizando a placa para montagem (figura 3), montar o amplificador tipo fonteseguidora projetado no item 2.2. (figura 1). Note a existência de um capacitor C (=10nF) que tem por finalidade desviar ruídos de altas freqüências da porta (G) para afonte de alimentação.
OBS: Não colocar o resistor R3.Colocar o estrape.Coloque o resistor RS no local apropriado da placa.
Figura 3: a) Circuito a ser montado; b) Circuito da Placa de Montagem
3.2.3 Medir com o multímetro as tensões pertinentes, calculando a corrente ID, epreenchendo com estes a tabela 4.1. Cuidado para utilizar o multímetro comimpedância maior que 1 GΩ. Qual a razão para se tomar esse cuidado?
3.2.4 Conectar a entrada do circuito da figura 1 o gerador senoidal na frequência de1KHz, com amplitude VE=100mVpp. Meça VS, calcule o ganho de tensão e preenchaa tabela 4.1 (VE, VS e Av). Note que neste caso RL = ∞ .
Obs.: Em geral, o AUTOSETUP não vai funcionar e você deve fazer o ajuste doosciloscópio manualmente. Eventualmente utilize o sincronismo externo.
Exp. 4 – Polarização de Transistores de Efeito de Campo (FET) B–75
3.2.5 Medir indiretamente a Impedância de Saída do Circuito (ZS). Para isto, deve-seconectar a caixa de resistências à saída do circuito e variar a resistência até que ovalor da tensão VS seja metade do valor em aberto medido no item 3.2.4. Nestasituação o valor indicado na caixa será a impedância do circuito. Explique porque.Anote o valor da impedância de saída na tabela 4.1.
3.2.6 Meça a curva de transferência VS x VE com o osciloscópio. Para isto siga oprocedimento abaixo:
1. Se estiver usando sincronismo externo, desconecte o cabo (esteprocedimento é necessário devido a um problema do osciloscópio quandono modo XY);
2. Mude o disparo (trigger) para canal 1 (CH1), modo NORMAL (não AVERAGE);3. Mude o osciloscópio para o modo XY;4. Posicione o ponto de referência (0,0) no centro da tela do osciloscópio;5. Coloque os Canais 1 e 2 no modo DC (medindo VE;e VS respectivamente)
Inicie com VE de 100 mVpp e vá aumentando progressivamente seu valor atéque o gráfico mostrado deixe de ser uma reta. Neste ponto começam asdistorções. Anote o valor desta tensão em EG1, da tabela 4.1
Continue aumentando o valor da tensão, até que se atinja os limites desaturação do componente, anote o valor desta tensão em EG2 da tabela 4.1.
3.2.7 Imprimir para uma tensão maior que EG2, a curva mostrada pelo osciloscópioindicando EG1 e EG2 .
B–76 Laboratório de Eletrônica I – Exp. 4
3.3 Amplificador Fonte Seguidora com Fonte de Corrente
3.3.1 Selecionar os componentes necessários e anotar seus valores nominais,preenchendo a tabela 4.1.
3.3.2 Utilizando a placa para montagem (figura 4), monte o amplificador seguidor comfonte de corrente constante projetado no item 2.3. (figura 2)
OBS: Não esqueça de retirar o estrape e de colocar o resistor RE no lugar de RS.
Figura 4: Circuito da Placa de Montagem
Repita os itens 3.2.3 a 3.2.7 para este circuito:
3.3.3 Medir com o multímetro as tensões pertinentes, calculando a corrente ID, epreenchendo com estes a tabela 4.1. Certifique-se que a impedância de entrada domultímetro é adequada.
3.3.4 Conectar a entrada do circuito da figura 1 o gerador senoidal na frequência de1KHz, com amplitude VE=100mVpp. Meça VS, calcule o ganho de tensão e preenchaa tabela 4.1 (VE, VS e Av). Note que neste caso RL = ∞ . Certifique-se que aimpedância de entrada do multímetro é adequada.
Exp. 4 – Polarização de Transistores de Efeito de Campo (FET) B–77
3.3.5 Medir indiretamente a Impedância de Saída do Circuito (ZS). Para isto, deve-seconectar a caixa de resistências à saída do circuito e variar a resistência até que ovalor da tensão VS seja metade do valor em aberto medido no item 3.2.4. Nestasituação o valor indicado na caixa será a impedância do circuito. Explique porque.Anote o valor da impedância de saída na tabela 4.1.
3.3.6 Meça a curva de transferência VS x VE com o osciloscópio. Para isto siga oprocedimento abaixo:
1. Se estiver utilizando o sincronismo externo, desconecte-o.2. Mude o disparo (trigger) para canal 1 (CH1), modo NORMAL (não AVERAGE);3. Mude o osciloscópio para o modo XY;4. Posicione o ponto de referência (0,0) no centro da tela do osciloscópio;5. Coloque os Canais 1 e 2 no modo DC (medindo VE;e VS respectivamente)
Inicie com VE de 100 mVpp e vá aumentando progressivamente seu valor atéque o gráfico mostrado deixe de ser uma reta. Neste ponto começam asdistorções. Anote o valor desta tensão em EG1, da tabela 4.1
Continue aumentando o valor da tensão, até que se atinja os limites desaturação do componente, anote o valor desta tensão em EG2 da tabela 4.1.
3.3.7 Imprimir para uma tensão maior que EG2, a curva mostrada pelo osciloscópioindicando EG1 e EG2 .
B–78 Laboratório de Eletrônica I – Exp. 4
4. Análise de Dados
Item 4.1:
Tabela 4.1
Fonte Seguidora sem Fonte de Corrente
Fonte Seguidora comFonte de Corrente
Valor Cálculo Inicial Nominal Experimental Cálculo Inicial Nominal Experimental
IDSS
VP
gm
R1
R2
RE --- --- ---RS --- --- ---R3 --- --- ---
Valor Esperado Simulado Medido Desvio Esperado Simulado Medido Desvio
VDD
VR1
VR2
VDS
VGS
VRS --- --- --- ---VCE --- --- --- ---VRE --- --- --- ---IDVE 100mV 100mV 100mV 100mVVS
AvZE --- --- --- ---ZS --- ---EG1
EG2
OBS: Desvio = Simulado - Medido
Simulado× 100%
Exp. 4 – Polarização de Transistores de Efeito de Campo (FET) B–79
4.2 Faça uma comparação qualitativa entre os dois tipos de montagens destacandovantagens e desvantagens de ambas montagens.
4. Conclusões