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Page 1: Aula Pratica de Eletronica Basica

Apostila didática

Aulas práticas aplicadas a

Fundamentos de Eletrônica

Programa de Educação Tutorial Engenharia Elétrica

Programa de Apoio à Disciplina

Professor: Eduardo Bragança de Moraes

Participantes: Aécio da Silva Bolzon,

Cristian Müller,

Lucas Teixeira,

Lucas Vizzotto Bellinaso,

Maicol Flores de Melo,

Márcio Dalcul Depexe,

Paulo Cézar Comassetto de Aguirre,

Rafael Denardin.

Page 2: Aula Pratica de Eletronica Basica

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Sumário Sumário ......................................................................................................................................... 2

Introdução ..................................................................................................................................... 3

1. Levantamento de curvas características ............................................................................... 4

Folha de aula ................................................................................................................................. 6

2. TJB: Curva característica e teste de transistores ................................................................... 7

Folha de aula ............................................................................................................................... 13

3. Polarização fixa de TJB ......................................................................................................... 16

Folha de aula ............................................................................................................................... 19

4. Polarização por divisor de tensão ....................................................................................... 20

Folha de aula ............................................................................................................................... 23

5. Medição de parâmetros híbridos do TBJ ............................................................................. 24

Folha de aula ............................................................................................................................... 28

6. Simulação de circuitos eletrônicos em PSpice .................................................................... 29

7. Projeto e cálculo de parâmetros de um amplificador de pequenos sinais utilizando TJB .. 35

Folha de aula ............................................................................................................................... 39

8. TJB: Configuração seguidor de emissor ............................................................................... 40

Folha de aula ............................................................................................................................... 48

9. Projeto e cálculo de parâmetros de um amplificador de pequenos sinais utilizando

configuração darlington com TJB ................................................................................................ 50

Folha de aula ............................................................................................................................... 53

10. Curva Id X Vds do JFET ......................................................................................................... 54

Folha de aula ............................................................................................................................... 57

11. Autopolarização FET ............................................................................................................ 58

Folha de aula ............................................................................................................................... 62

12. Polarização de FET por divisor de tensão ............................................................................ 63

Folha de aula ............................................................................................................................... 65

13. Análise do FET para Pequenos Sinais .................................................................................. 66

Folha de aula ............................................................................................................................... 70

14. MOSFET de intensificação ................................................................................................... 71

Folha de aula ............................................................................................................................... 76

15. Influências externas (Rs, Rl e frequência) num circuito com JFET ...................................... 77

Folha de aula ............................................................................................................................... 82

Page 3: Aula Pratica de Eletronica Basica

3

Introdução

O Programa de Apoio à Disciplina (PAD) é uma iniciativa de alunos do curso de

Engenharia Elétrica e visa ajudar e incentivar atividades práticas, em laboratório,

paralelamente às aulas ministradas das diversas disciplinas como complemento à graduação.

Foi desenvolvido uma série de planos de aula para auxiliar a realização das atividades

práticas na disciplina de Fundamentos de Eletrônica durante um semestre, as aulas reunidas

estão dispostas de forma a seguir o cronograma adotado pelo professor.

Page 4: Aula Pratica de Eletronica Basica

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Universidade Federal de Santa Maria

Curso de Engenharia Elétrica

1. Levantamento de curvas

características Disciplina de Fundamentos de Eletrônica

1. Objetivos Levantar a curva característica do diodo;

Levantar a curva característica da junção base-emissor do transistor;

2. Base teórica

a. Comportamento da junção PN

A junção PN, presente em diodos e transistores, é uma estrutura fundamental dos

semicondutores, formada pela junção de dois cristais, sendo mais comumente de silício. Estes

componentes são dopados de forma a adquirir características de excesso ou falta de

portadores de carga elétrica (elétrons ou lacunas) em sua estrutura. Quando são reunidas duas

regiões com características de dopagem contrárias

ocorre atração entre as cargas opostas na zona de

contato formando uma região de depleção (barreira

de potencial), nem todas as cargas irão movimentar-

se de forma a se anular.

Quando aplicada tensão entre os terminais de

um dispositivo semicondutor que contenha uma

junção PN essa junção poderá ser polarizada de dois

modos: direta ou inversamente.

b. Polarização direta

Haverá condução de corrente elétrica entre

as regiões com diferentes dopagens (sentido P

para N), pois o campo elétrico presente é

orientado da camada P para a N.

A relação entre tensão e corrente não

obedece a Lei de Ohm, mas tem um

comportamento próprio, como na Figura 2.

Figura 1

Figura 2 – à esquerda a curva característica e à direita uma aproximação comumente utilizada.

Page 5: Aula Pratica de Eletronica Basica

5

Costuma-se caracterizar a junção PN como um curto circuito estando ela polarizada

diretamente, somente sofrendo uma queda de tensão de aproximadamente 0,7 v para

dispositivos de silício dopado.

c. Polarização inversa

Operando dentro dos limites do dispositivo não haverá condução de corrente elétrica

significante caso o campo elétrico aplicado à junção PN seja orientado da parte N para P, a não

ser em dispositivos fabricados com essa intenção como diodos Zener. Normalmente com baixa

tensão considera-se como um circuito aberto a junção PN enquanto polarizada inversamente.

3. Procedimento experimental

a. Obtenção da curva I x V para o diodo

Este experimento consiste de determinar o comportamento da junção PN de um diodo

de acordo com a tensão aplicada, deve-se:

Montar o circuito da Figura 3.

Variar a tensão sobre o DIODO de 0,3 até 0,75V com um acréscimo de 30mV por

ponto. Medir a tensão aplicada no DIODO e a corrente com multímetros em cada

ponto (mínimo 15 pontos) preenchendo a tabela 1.

Os componentes usados devem ser o resistor R de 1,1kΩ (Paralelo entre dois R de

2,2KΩ), um diodo 1N4007 e uma fonte de tensão variável.

b. Obtensão da curva Ie x Vbe para o transistor

Este experimento consiste de obter a curva característica do comportamento da

corrente do emissor de um transistor em função da tensão aplicada entre a base e o

emissor:

Montar o circuito de acordo com a Figura 3

Figura 4.

Variar a tensão aplicada sobre o TRANSISTOR (base-emissor) de 0,4 até 0,85V

medindo-se a corrente obtida, preencher a tabela 2 e desenhar a curva no espaço para

o gráfico 1.

Os componentes usados devem ser o resistor R de 1,1kΩ (Paralelo entre dois R de

2,2KΩ), um transistor BC548(NPN) e uma fonte de tensão variável.

Figura 3 Figura 4 Figura 5

Page 6: Aula Pratica de Eletronica Basica

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Folha de aula Nome(s):______________________________________________________________________

_____________________________________________________________ Data: ___/___/___

1. Obtenção da curva I x V para o diodo

a. Procedimento experimental

Tensão ( mV )

Corrente ( mA ) Tabela 1

b. Análise 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. Obtenção da curva Ie x Vbe

a. Procedimento experimental

Tensão Vbe ( mV )

Corrente Ie ( mA ) Tabela 2

Gráfico 1

b. Análise dos resultados

É conveniente a aproximação da curva como mostrada na figura 2 em uma aplicação que

não requer grande precisão? Faça uma análise do intervalo de validade desta

aproximação.

__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________

0 200 400 600 800 1000

Ie (mA)

Vbe (mV)

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7

B

Ccc

I

I

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Curso de Engenharia Elétrica

2. TJB: Curva característica e

teste de transistores Disciplina de Fundamentos de Eletrônica

1. Objetivos Identificação de estado, tipo e pinagem do transistor de junção bipolar (TJB);

Estudo e plotagem da curva característica corrente de coletor (IC) vs tensão entre

coletor e emissor (VCE) para diferentes correntes de base (IB).

2. Base teórica

a. Beta (β)

É uma quantidade que relaciona os valores de IC e IB no modo cc, definida em (1), onde IC e IB são determinados em um ponto específico de operação da curva característica. Nas

folhas de especificações, cc é geralmente lido como hFE, com h derivado de um circuito

equivalente ca híbrido. As letras FE derivam, respectivamente, da amplificação de corrente direta (forward) e da configuração emissor-comum.

(1)

3. Teste de transistores Como no caso de diodos, há três maneiras de se verificar um transistor: por meio do

traçador de curvas, dos medidores digitais e do ohmímetro. Estudaremos os métodos através

do multímetro digital e do teste do ohmímetro.

a. Medidores digitais (multímetros)

a) hFE: Os medidores digitais podem fornecer o valor hFE utilizando os soquetes presentes no medidor. Há a opção entre pnp ou npn. O valor hFE é determinado para uma corrente de coletor de 2 mA.

b) Teste diodo: No modo de teste de diodo, ele pode ser usado para verificar as junções p-n de um transistor. Com o coletor aberto, a junção base-emissor deve resultar em uma tensão baixa de aproximadamente 0.7 V com o terminal vermelho (positivo) conectado à base e o terminal preto (negativo) conectado ao emissor. A inversão dos terminais deve resultar em uma indicação OL ou estouro de escala, para representar a junção reversamente polarizada. Da mesma maneira com o emissor aberto, podem-se verificar os estados de polarização direta e reversa da junção base-coletor.

Page 8: Aula Pratica de Eletronica Basica

8

b. Teste do ohmímetro

a) Identificação do estado do transistor: Pode-se utilizar um ohmímetro, ou as escalas de medidor digital para verificar o estado de um transistor. Na região ativa do transistor, a junção base-emissor está polarizada diretamente e a região base-coletor está polarizada reversamente. Portanto, a junção polarizada diretamente deve registrar um valor de resistência mais ou menos baixo e a junção polarizada reversamente, um valor mais alto de resistência. Para um transistor npn, a junção polarizada diretamente (polarizada pela fonte interna do ohmímetro) da base para o emissor deve ser testada, como mostra a figura 1, resultando em uma leitura que geralmente está na faixa entre 100 Ω e alguns quiloohms. A junção polarizada reversamente base-coletor deve ser verificada como mostra a figura 2, com uma leitura maior do que 100 kΩ. Para um transistor pnp, os terminais devem ser invertidos para cada junção. Uma resistência pequena ou grande em ambas as direções (invertendo-se os terminais) para cada junção de um transistor npn pu pnp indica um dispositivo defeituoso.

Figura 1 e 2 - Teste do transistor.

b) Identificação do tipo do transistor: Se ambas as junções do transistor resultam em leituras adequadas, o tipo do transistor também pode ser determinado observando-se a polaridade dos transistores ao se realizar uma medida na junção base-emissor. Se o terminal positivo (+) for conectado à base, o terminal (-) ao emissor, a leitura de uma baixa resistência indicará um transistor npn. A leitura de uma alta resistência indicará um transistor pnp.

c) Identificação da pinagem: Para a identificação da pinagem, primeiramente identifica-se a base e depois o coletor e o emissor. A região de emissor do transistor é mais dopada do que a região de coletor. Essa característica é utilizada para a identificação do emissor e do coletor, pois a tensão de condução do emissor é levemente superior a tensão de condução do coletor.

Utilizando-se um multímetro para a medição da resistência entre base e emissor, esta é menor que a resistência base-coletor.

Além disso, a identificação da pinagem do componente pode ser feita observando-se a orientação dos terminais no encapsulamento (figura 3).

Figura 3 - Pinagem de alguns tipos de encapsulamento.

Page 9: Aula Pratica de Eletronica Basica

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Apesar da aplicabilidade dos testes descritos, recomenda-se sempre verificar a folha de dados do componente quando você for manipular qualquer dispositivo eletrônico.

c. Transistor Bipolar

O transistor bipolar (ou de junção) é um dos dispositivos eletrônicos mais empregados em circuitos amplificadores e em circuitos de chaveamento. É basicamente, um dispositivo que permite controlar a corrente que entra num dos terminais, através da corrente injetada em outro terminal. A construção de um transistor bipolar é semelhante à de um diodo, mas com duas junções. Pode ser dos tipos: pnp ou npn. Observe a figura 4.

Figura 4 – Transistores PNP e NPN.

d. Curva característica do transistor IC x VCE

A curva característica IC(VCE, IB) é importante pois proporciona uma informação mais completa do transistor utilizado. Este gráfico permite calcular o ponto de operação, conforme pode ser observado na figura 5.

A partir deste podemos obter, por exemplo, a corrente de base necessária para obtermos um VCE igual a um valor previamente determinado. Para isso, basta traçarmos uma reta vertical passando por VCE=3V (exemplo da figura) e obtemos IB=10mA. Ainda, o contrário é verdadeiro.

4. Modos de operação do transistor bipolar A partir da curva característica IC(VCE,IB) podemos identificar 3 principais regiões distintas

de operação do transistor. São as regiões de saturação, linear e corte. Ainda temos uma quarta

região chamada de reversa, sem aplicação prática. Observe a figura 6.

Figura 5 - Curva característica de um TJB.

Page 10: Aula Pratica de Eletronica Basica

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Figura 6 – Modos de operação do transistor bipolar.

Abaixo apresenta um esquemático sobre estas regiões:

a. Região Linear ou Ativa:

Modo de Operação

Polarização Principais características e

aplicações NPN PNP

Junção BE: dir. polarizada

Junção CB: rev. polarizada

VBEV

VBC0

VCE>0,3

VEBV

VCB0

VEC>0,3

IC = IE

IC=β.Ib é satisfeita

Única região de interesse na

amplificação linear * Tensões de polarização para o silício (V =0,5V).

b. Região de Saturação:

Modo de Operação

Polarização Principais características e

aplicações NPN PNP

Junção BE: dir. polarizada

Junção CB: dir. polarizada

VBE>V

VBC>V

VCE0,3

VEB>V

VCB>V

VEC0,3

Transistor se comporta como um

curto-circuito entre CE. (IC max.)

IC=VCC/RC

Não é possível manter a

relação IC=β.Ib

Região de interesse em circuitos

de chaveamento

** VCESaturação (característico do transistor, ˜ 0.3 V para o Silício)

Page 11: Aula Pratica de Eletronica Basica

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c. Região de Corte:

Modo de Operação

Polarização Principais características e

aplicações NPN PNP

Junção BE: rev. polarizada

Junção CB: rev. polarizada

VBE0

VBC0

VEB0

VCB0

IC= IB= ICB0; IE=0

O transistor se comporta como um

circuito aberto entre CE

( Ic≈0; Vce ≈ Vcc)

Região de interesse em circuitos de

chaveamento

d. Região Reversa:

Modo de Operação

Polarização Principais características e

aplicações NPN PNP

Junção BE: rev. polarizada

Junção C-B: dir. polarizada

VBE0

VBCV

VCE>0,3

VEB0

VCBV

VEC>0,3

Sem aplicação prática, pois R é

muito baixo, entre 1 e 5

normalmente

5. Procedimento experimental

a. Verificação do estado do transistor

Meça as resistências pedidas na Tabela 1 para o transistor BC547B com o multímetro

digital na função de ohmímetro.

b. Verificação do tipo do transistor

Verifique se o transistor BC547B é npn ou pnp, utilizando o teste do ohmímetro.

Conecte o terminal positivo (+) à base, o terminal (-) ao emissor, e anote na Tabela 2 se

a resistência é baixa ou elevada.

c. Identificação da pinagem do transistor

Faça o teste do ohmímetro com todas as combinações possíveis entre os terminais do transistor BC548B. Anote esses valores na Tabela 4.

Analise os estados de condução verificados e identifique a base, o coletor e o emissor do transistor BC547B.

Confirme estes resultados através da função diodo do multímetro.

OBS: Siga o exemplo realizado para o transistor BD135. Para este transistor realizou-se todas as combinações de polarizações possíveis e verificou-se o estado de condução para essas combinações. Após analisou-se a pinagem que corresponde aos estados de condução verificados nas polarizações.

Page 12: Aula Pratica de Eletronica Basica

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Tabela 3

Terminal Estado de Condução

1 2 3

+ - Não conduz

- + Não conduz

+ - Não conduz

- + Conduz com 0.660 V

+ - Não conduz

- + Conduz com 0.662 V

Polaridade NPN, Coletor: 2, Emissor: 1 e Base: 3.

d. Ganho do transistor

Meça e anote o ganho cc (β) do transistor BC547B. Utilize os soquetes do multímetro para a medição do hFE do transistor.

e. Traçado da curva característica IC x VCE de um transistor bipolar

Montar um circuito com duas fontes de tensão independentes de acordo com o esquema da figura 7:

Inclua voltímetro e amperímetros para medição de VCE, IC e IB.

Fixar a corrente de base do transistor em 5μA.

Com o amperímetro no ramo do coletor, meça simultaneamente valores de IC e VCE, variando a tensão da fonte VCC. Anote os valores obtidos na Tabela 5. Utilize Rb=820kΩ, e se necessário, faça

ajuste fino em Vbb.

Repita o procedimento anterior para Ib=15μA e 40μA a fim de obter outras curvas IC x VCE, utilize a Tabela 6 e a Tabela 7, respectivamente. Calcule os valores de Rb para esses níveis de corrente de base mantendo Vbb da figura anterior.

Trace os gráficos IC x VCE para os diferentes valores de IB.

Figura 7 - Esquema elétrico para o

procedimento experimental 3.5.

Q1

BC547Vbb

5Vdc

Vcc

Rc

1,5k

Rb

0

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Folha de aula Nome(s):______________________________________________________________________

_____________________________________________________________ Data: ___/___/___

1. Verificação do estado do transistor

a. Procedimento experimental

Junção Resistência (Ω)

polarizada diretamente polarizada reversamente

base-coletor

base-emissor

Tabela 1

2. Análise dos resultados Baseando-se nos valores obtidos para as resistências, pode-se avaliar que o transistor está funcional? Por quê?

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

3. Verificação do tipo do transistor

a. Procedimento experimental Tabela 2

Junção Resistência (elevada ou baixa)

base-emissor

b. Análise dos resultados

Qual é o tipo do transistor BC547B?

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

Page 14: Aula Pratica de Eletronica Basica

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4. Identificação da pinagem do transistor

a. Procedimento experimental Tabela 3

Terminal Estado de Condução

1 2 3

+ -

- +

+ -

- +

+ -

- +

b. Análise dos resultados

Qual a é a pinagem do transistor BC547B?

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

5. Ganho do transistor Ganho cc (β) do transistor BC547B à temperatura ambiente: ________

6. Curva característica do transistor Preencha as tabelas conforme item 3.5.

Pontos da curva característica para Ib=5μA

Vce (V)

Ic (mA)

Tabela 5

Pontos da curva característica para Ib=15μA

Vce (V)

Ic (mA)

Tabela 6

Cálculo de RB:

Page 15: Aula Pratica de Eletronica Basica

15

Tabela 7

Pontos da curva característica para Ib=40μA

Vce (V)

Ic (mA)

Cálculo de RB:

Gráfico da curva característica curva característica IC (VCE , IB):

Observações:

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

c. Bibliografia:

Robert L. Boylestad e Louis Nashelsky, “Dispositivos Eletrônicos e teoria de circuitos”,

8a edição, 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_la

b/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

Page 16: Aula Pratica de Eletronica Basica

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Universidade Federal de Santa Maria

Curso de Engenharia Elétrica

3. Polarização fixa de TJB Disciplina de Fundamentos de Eletrônica

1. Objetivos Calcular e montar circuitos com polarização DC de forma a operar na faixa mais

adequada para amplificar pequenos sinais AC. As polarizações montadas serão fixa e

estável do emissor.

2. Base teórica

a. Polarização fixa

A polarização fixa consiste em ligar um resistor da

base (Rb) e do coletor (Rc) de um transistor NPN para VCC

e aterrar o terminal de emissor. A corrente de base será

controlada pelo resistor Rb de forma a manter a corrente

DC que passa do coletor ao emissor constante em torno

da metade da corrente máxima possível determinada por

Rc. Ao introduzir-se uma pequena perturbação de

corrente AC na base do transistor ela será amplificada na

intensidade da corrente que passa pelo transistor.

b. Projeto do circuito para polarização fixa

Define-se a tensão de alimentação do circuito (Vcc) e a corrente máxima desejada (Imax)

entre coletor e emissor do transistor, definidas nessa montagem Vcc sendo 15v e Imax como 10

mA. A partir destes parâmetros escolhe-se um transistor disponível e calcula-se o Rc:

𝑅𝑐 =𝑉𝑐𝑐𝐼𝑚𝑎𝑥

= 1,5𝐾Ω

Deseja-se que a corrente de polarização do transistor (Iq) seja metade da corrente

máxima, então, sabendo-se o ganho do transistor (β) escolhido (BC548), medido próximo a

350, pode-se calcular a corrente esperada na base do transistor (Ib):

𝐼𝑏 =𝐼𝑞𝛽

= 14,29 𝑢𝐴

Fazendo a análise de malhas no lado esquerdo do circuito, para obter a corrente de base

desejada deve-se obedecer (Vbe é aproximadamente 0,7v):

𝑅𝑏 =𝑉𝑐𝑐 − 𝑉𝑏𝑒

𝐼𝑏≅ 1𝑀Ω

Figura 1-Circuito para montagem da polarização fixa

Page 17: Aula Pratica de Eletronica Basica

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c. Polarização estável do emissor

A polarização estável do emissor consiste em

ligar um resistor da base (Rb) e um do coletor (Rc) de

um transistor NPN para Vcc e um resistor do emissor

(Re) aterrado. Essa polarização contém um resistor do

emissor para melhorar o nível de estabilidade do

circuito com a polarização fixa. A diferença nesta

polarização é que a corrente de base (Ib) também é

limitada pela resistência do emissor (Re), fato o qual

pode ser verificada pela lei das tensões de kirchhoff na

malha base-emissor.

d. Projeto do circuito para polarização estável do emissor

Define-se a tensão de alimentação do circuito (Vcc) e a corrente máxima desejada (Imax)

entre coletor e emissor do transistor, definidas nessa montagem Vcc sendo 15v e Imax como 5

mA. A partir destes parâmetros escolhe-se um transistor disponível e calcula-se o Rc + Re:

𝑅𝑐 + 𝑅𝑒 =𝑉𝑐𝑐𝐼𝑚𝑎𝑥

= 3𝐾Ω

Deseja-se que a corrente de polarização do transistor (Iq) seja metade da corrente

máxima, então, sabendo-se o ganho do transistor (β), medido próximo a 350 (BC548), pode-se

calcular a corrente esperada na base do transistor (Ib):

𝐼𝑏 =𝐼𝑞

𝛽= 7,14 𝑢𝐴

Fazendo a análise de malhas no lado esquerdo do circuito, tendo-se a corrente de base

desejada deve-se obedecer (Vbe é aproximadamente 0,7v):

𝑅𝑏 + 𝛽 + 1 .𝑅𝑒 𝐼𝑏 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝑉𝐵𝐸

Resultando em 𝑅𝑏 + 351.𝑅𝑒 ≅ 2𝑀Ω

Estabelecendo 𝑅𝑐 = 1,5𝐾Ω, das equações anteriores obtemos 𝑅𝐸 = 1,5𝐾Ω e 𝑅𝐵 ≅

1,48𝑀Ω

e. Análise por reta de carga

A análise de circuitos de polarização por reta de carga é feita relacionando-se equações

características de cada polarização com seus correspondentes gráficos. As variáveis de saída

desses circuitos são a corrente de coletor (Ic) e a tensão entre coletor e emissor (Vce). No caso

da Polarização Fixa a equação que apresenta as variáveis de saída do circuito é 𝑉𝑐𝑒 = 𝑉𝐶𝐶 −

𝐼𝑐𝑅𝑐 e no caso da polarização estável do emissor 𝑉𝑐𝑒 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝐼𝑐(𝑅𝑐 + 𝑅𝑒). Figura 3 temos as

variáveis de saída apresentadas graficamente.

Figura 2-Circuito para montagem da polarização estável do emissor

Page 18: Aula Pratica de Eletronica Basica

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Figura 3 -Analise por reta de carga

Para a plotagem do gráfico da figura acima são utilizadas as equações de cada

polarização, onde se calcula a tensão entre coletor e emissor (Vce) para uma corrente de

emissor (Ic) igual a zero e logo após a corrente de emissor (Ic) para uma tensão (Vce) igual a

zero. Com os dois pontos calculados, se une os mesmos o que da origem a reta de carga.

Define-se então um ponto de operação do circuito através dessa análise o que pode propiciar

uma escolha mais adequada e uma melhor visualização das consequências da modificação de

alguns componentes do circuito.

3. Procedimento experimental

a. Polarização Fixa

Medir o β do transistor com um multímetro, fora de operação.

Montar o circuito da figura 4.

Medir com amperímetros as correntes de base, Ib, e entre coletor e emissor, Ic.

Medir a tensão de base e de coletor.

Calcular o ganho de corrente durante a operação ( IC/ IB ) .

Trocar o transistor utilizado por um BC337 e refazer as medidas.

b. Polarização estável do emissor

Medir o β do transistor com um multímetro, fora de operação.

Montar o circuito da figura 5.

Medir com amperímetros as correntes de base, Ib, e entre coletor e emissor, Ic.

Medir a tensão de base, de coletor e de emissor.

Calcular o ganho de corrente durante a operação ( IC/ IB ) .

Trocar o transistor utilizado por um BC337 e refazer as medidas.

Figura 4 - Polarização fixa Figura Figura 5 - Polarização estável do emissor

Vcc15V

Rb

1M

Rc

1.5k

+

Vce

Vbe

-

-

+

Vcc15V

Rb

1.48M

Rc

1.5k

Re

1.5k

+

+

-

-

Vce

Vbe

Page 19: Aula Pratica de Eletronica Basica

19

Utilizando BC548:

Ib = µA

Ic ≅ Ie = mA

β = Ic

Ib

=

VC = V

VE = V. VB = V

Utilizando BC337:

𝐼𝑏 = µ𝐴

𝐼𝑐 ≅ 𝐼𝑒 = 𝑚𝐴

𝛽 = 𝐼𝑐𝐼𝑏

=

𝑉𝐶 = 𝑉

VE = V. VB = V

Vce

Ic

5 10 15

5

10

Desenhar a reta de carga

(marcar o ponto Q)

Utilizando BC548:

Ib = µA

Ic ≅ Ie = mA

β = Ic

Ib

=

VC = V. VB = V

Utilizando BC337:

𝐼𝑏 = µ𝐴

𝐼𝑐 ≅ 𝐼𝑒 = 𝑚𝐴

𝛽 = 𝐼𝑐𝐼𝑏

=

VC = V. VB = V

Vce

Ic

5 10 15

5

10

Desenhar a reta de carga

(marcar o ponto Q)

Folha de aula Nome(s):______________________________________________________________________

_____________________________________________________________ Data: ___/___/___

1. Circuito com polarização fixa

a. Valores medidos no circuito:

b. Análise dos resultados

Fazendo uma observação referente à reta de carga, qual seria a variação da tensão na

saída (VC) se fosse incrementada em 2mA a corrente IC? ............... V

Qual o parâmetro do circuito que define a inclinação da reta de carga (conseqüente

proporcionalidade entre Ic e Vc)? O valor de ............

Escreva uma expressão para cálculo de Vc. 𝑉𝑐 =

2. Circuito com polarização estável do emissor

a. Valores medidos no circuito

b. Análise dos resultados

O que se pode observar em relação à polarização (localização do ponto Q) quando foi

trocado o transistor (variou o ganho) na polarização:

o Fixa?

_____________________________________________________________________

o Estável do emissor?

_______________________________________________________

Escreva uma expressão para Vc. 𝑉𝑐 =

Explique (ou desenhe) o efeito na reta de carga do aumento de Vcc, Rc ou Re.

Page 20: Aula Pratica de Eletronica Basica

20

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Curso de Engenharia Elétrica

4. Polarização por divisor de

tensão Disciplina de Fundamentos de Eletrônica

1. Objetivos O objetivo desta aula é montar o circuito de polarização DC por divisão de tensão.

Projetar um circuito de polarização por divisor de tensão.

2. Base teórica

3. Polarização por divisor de tensão Também conhecida por polarização universal, este polarização consiste em criar um

divisor de tensão para alimentar a base do transistor.

Esta polarização é conhecida por ser menos dependente de Beta do transistor. Uma de

suas grandes vantagens é manter-se estável com variações de temperatura, visto que o Beta

varia com esta. 𝐼𝐶𝑞 e 𝑉𝐶𝐸𝑞 permanecerão constantes, visto que estes parâmetros definem o

ponto Q.

Figura 1 – Polarização por divisor de tensão

A análise deste circuito pode ser feita por dois métodos:

a. Análise exata

Analisando o circuito da figura 1 podemos redesenhar o circuito de alimentação da base

do transistor como um equivalente Thévenin onde o resistor de Thévenin é dado pelo

paralelo entre os resistores R1 e R2.

Page 21: Aula Pratica de Eletronica Basica

21

Figura 2 – Equivalente Thévenin

Fazendo as leis de Kirchhoff de tensões obtemos:

𝐼𝑏 =𝐸𝑡𝑕 − 𝑉𝑏𝑒

𝑅𝑡𝑕 + (𝛽 + 1)𝑅𝑒

Sendo: R𝑡𝑕 = 𝑅1||𝑅2 , 𝐸𝑡𝑕 =𝑅2

𝑅1+𝑅2.𝑉𝑐𝑐 e 𝐼𝐶𝑞 ≅ 𝐼𝑒

Como Vce é dado por: 𝑉𝑐𝑒 = 𝑉𝑐𝑐 − 𝐼𝑐(𝑅𝑐 + 𝑅𝑒)

Desta forma obtemos os valores de polarização do transistor.

b. Análise aproximada

Esta análise considera 𝐼𝑏 muito menor que 𝐼1 ou 𝐼2, logo, igualando 𝐼1 a 𝐼2, podemos

dizer que 𝑉𝑏 =𝑅2

𝑅1+𝑅2𝑉𝑐𝑐. Na figura abaixo temos que 𝑅𝑖 = 𝛽 + 1 .𝑅𝑒 ≅ 𝛽.𝑅𝑒 .

A condição que define se o método aproximado pode ser aplicado é: 𝛽𝑅𝑒 ≥ 10𝑅2

Quanto maior for 𝑅𝑖 em relação à 𝑅2, maior será a precisão deste método.

Figura 3 – Circuito para Análise aproximada

c. Análise por reta de carga

A reta de carga pode ser traçada através das seguintes equações.

𝐼𝑐 =𝑉𝑐𝑐

𝑅𝑐+𝑅𝑒 para 𝑉𝑐𝑒 = 0 𝑉

𝑉𝑐𝑒 = 𝑉𝑐𝑐 para 𝐼𝑐 = 0 𝑚𝐴

Page 22: Aula Pratica de Eletronica Basica

22

4. Projeto de circuito por divisor de tensão Para projetar um circuito para polarização por divisor de tensão precisamos da

especificação da corrente de coletor (𝐼𝐶 ≅ 𝐼𝑒) e tensão de fonte desejada (𝑉𝑐𝑐 ) e usar as

seguintes definições:

A queda de tensão sobre 𝑅𝑒 é 10% de 𝑉𝑐𝑐 e 𝑅𝑐 é 40% de 𝑉𝑐𝑐 .

Para calcular 𝑅1 e 𝑅2 basta utilizar a relação citada na análise aproximada: 𝛽𝑅𝑒 ≥ 10𝑅2

para que 𝐼𝑏 seja desprezível em relação à 𝐼1 ou 𝐼2, logo 𝑅2 =𝛽𝑅𝑒

10. Encontramos 𝑅1

aplicando a lei das tensões de Kirchhoff em 𝑅1 e 𝑅2 .

Para projetar este circuito temos 𝑉𝑐𝑐 = 10 V, 𝛽 = 100 e 𝐼𝑐 = 5 mA e podemos seguir a

seguinte ordem:

1º - 𝑅𝑒 =10%𝑉𝑐𝑐

𝐼𝑐=

1

0.005= 200Ω.

2º - 𝑅𝑐 =40%𝑉𝑐𝑐

𝐼𝑐=

4

0.005= 800Ω.

3º - 𝑅2 =𝛽 .𝑅𝑒

10=

100.200

10= 2𝑘Ω.

4º - Aplicando a Lei das tensões de Kirchoff em 𝑅1e 𝑅2 temos que 𝑅1 = 𝑅2 . 𝑉𝑐𝑐

𝑉𝑏− 1 ,

como 𝑉𝑏 = 1 + 0,7 = 1,7𝑉, logo 𝑅1 = 2𝑘. 10

1,7− 1 = 9,8𝑘Ω.

5. Procedimento experimental

a. Projetar o circuito para polarização por divisor de tensão

Medir o β do transistor com um multímetro, fora de operação.

Calcular todos os resistores para o circuito de polarização especificado, conforme o

projeto.

Calcular valores para traçar 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 estão corretos.

Medir com amperímetros a corrente de base (𝐼𝑏 ), e entre coletor e emissor (𝐼𝑐).

Medir a tensão entre base e de coletor do transistor (𝑉𝑐𝑒 ).

Calcular o ganho de corrente durante a operação (𝐼𝑐/𝐼𝑏 ).

Page 23: Aula Pratica de Eletronica Basica

23

Divisor de tensão:

Ib = µA

Ic ≅ Ie = mA

β = Ic

Ib

=

VC = V. VB = V

Ic

5 10 15

5

10

Desenhar a reta de carga

(marcar o ponto Q)

20

15

Vce

Folha de aula Nome(s):______________________________________________________________________

_____________________________________________________________ Data: ___/___/___

1. Projeto do circuito para polarização por divisor de tensão Para projetar o circuito use 𝑉𝑐𝑐 = 12 V, 𝛽 = ______, 𝐼𝑐 = 10 mA:

1º - 𝑅𝑒 =10%𝑉𝑐𝑐

𝐼𝑐= ________Ω.

2º - 𝑅𝑐 =40%𝑉𝑐𝑐

𝐼𝑐= _________Ω.

3º - 𝑅2 =𝛽 .𝑅𝑒

10= ________Ω.

4º - 𝑉𝑏 = 𝑉𝑒 + 0,7 = _______𝑉, logo 𝑅1 = 𝑅2 . 𝑉𝑐𝑐

𝑉𝑏− 1 = ___________Ω.

a. Traçar a reta de carga.

Para 𝑉𝑐𝑒 = 0 𝑉 => 𝐼𝑐 =𝑉𝑐𝑐

𝑅𝑐+𝑅𝑒= _________𝑚𝐴

Para 𝐼𝑐 = 0 𝑚𝐴 => 𝑉𝑐𝑒 = 𝑉𝑐𝑐 = _________𝑉

2. Monte o circuito projetado e

realize as seguintes medições

3. Análise dos resultados Por que utilizamos a seguinte relação, 𝛽𝑅𝑒 ≥ 10𝑅2, na análise aproximada do circuito de

polarização por divisor de tensão?

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

Se aumentar Rc ou Re , qual o efeito na reta de carga?

___________________________________________________________

Deduza a seguinte expressão, 𝑅1 = 𝑅2 . 𝑉𝑐𝑐

𝑉𝑏− 1 , a partir do circuito:

Page 24: Aula Pratica de Eletronica Basica

24

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5. Medição de parâmetros

híbridos do TBJ Disciplina de Fundamentos de Eletrônica

1. Objetivos Revisar o teorema dos quadripolos;

Medir o parâmetro hFE do TBJ, para a configuração emissor comum;.

2. Base teórica

a. Quadripólos

Pode-se aplicar a teoria dos quadripolos para resolver problemas em que há dois pares

de terminais, sendo um par de entrada e outro de saída (Figura 1). É utilizado para

modelamento e análise de circuitos.

Figura 6: Quadripolos

A relação entre a tensão e a corrente de entrada com a tensão e a corrente de saída

pode ser expressa por uma matriz (sistemas lineares), que pode ser de impedâncias,

admitâncias ou híbrida (veja em: http://pt.wikipedia.org/wiki/Quadripolo). Na figura 2 está o

circuito equivalente de um quadripolo hibrido. Em (1) está a matriz característica.

Page 25: Aula Pratica de Eletronica Basica

25

b. Parâmetro híbridos para o TBJ

Para o transistor bipolar de junção, define-se que (padrão IEEE):

Para cada tipo de configuração, os valores dos parâmetros h são diferentes. Para isso,

adicionam-se os índices “e” (emissor comum), “c” (coletor comum) ou “b” (base comum).

Para obtenção dos parâmetros híbridos, nem sempre e possível zerar uma das variáveis.

Assim, podem-se fazer pequenas variações de duas variáveis, mantendo outra constante, em torno

do ponto quiescente, para obtenção de algum do parâmetro desejado.

Para a configuração emissor comum, obtém-se (2).

Então, a matriz hibrida para o transistor em pequenos sinais, na configuração emissor

comum e como em (3).

Page 26: Aula Pratica de Eletronica Basica

26

O circuito equivalente CA hibrido do transistor, na configuração emissor comum para pequenos

sinais, esta na figura 2.

Figura 7

3. Procedimento experimental

a. Medição de hFE para valores de Ic, com Vce constante.

Figura 8: Pinagem do transistor BC547B

Exemplo de descrição da atividade:

Montar o circuito da Figura 3.

Deixar o potenciômetro no valor máximo da resistência, para Ib ser um valor baixo.

Preencher a tabela 1, que será utilizada para o simulador PSPICE.

Page 27: Aula Pratica de Eletronica Basica

27

Figura 9: Circuito do experimento

Page 28: Aula Pratica de Eletronica Basica

28

Folha de aula Nome(s):______________________________________________________________________

_____________________________________________________________ Data: ___/___/___

1. Medição de hFE para valores de Ic, com Vce constante..

Tabela 3

Vce =constante= 5V

Ib (uA)

Ic hFE (βcc)

5

10

15

20

25

30

40

50

2. Análise dos resultados:

Como se comportou o valor de hFE com o aumento da corrente de base Ib?

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

Baseando-se nos resultados obtidos, o valor de hFE, assim como de outros parâmetros

híbridos, depende ou não do ponto de operação do circuito?

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

Observações:

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

Page 29: Aula Pratica de Eletronica Basica

29

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6. Simulação de circuitos

eletrônicos em PSpice Disciplina de Fundamentos de Eletrônica

1. Objetivos Simular no Orcad Pspice circuitos eletrônicos.

Utilizar parâmetros medidos em laboratório (aula 4) nos componentes da

simulação.

Analisar informações a fim de melhorar o design de circuitos eletrônicos.

2. Base teórica Nessa base teórica, serão introduzidos tópicos que não foram vistos em aulas práticas

anteriores.

a. Amplificador base comum

Na figura 1 está o esquema de um amplificador base-comum, utilizando um transistor

PNP.

Figura 1 – Amplificador base-comum (BOYLESTAD, NASHELSKY; 8ª Ed; p.295)

Do modelamento para pequenos sinais, obtem-se como a figura 2.

Figura 2 – Modelo matemático do amplificador base-comum

No caso, 𝑕𝑖𝑏 ≅ 𝑟𝑒 ∼ 20Ω e 𝑕𝑓𝑏 ≅ −1

Assim, retiram-se as equações para a configuração base-comum:

Page 30: Aula Pratica de Eletronica Basica

30

𝑍𝑖 = 𝑅𝑒 ||𝑟𝑒 ≅ 𝑟𝑒 𝑍𝑜 = 𝑅𝑐 𝐴𝑣 =𝑅𝑐

𝑅𝑒 ||𝑟𝑒 𝐴𝑖 ≅ 𝑕𝑓𝑏 ≅ −1

b. Estágios em cascata

Estágios em cascata são 2 ou mais estágios ligados em série, com o objetivo de

aumentar ganhos de tensão e corrente ou alterar impedâncias de entrada e saída. Na figura 3

está o esquema geral de circuitos com estágios em cascata.

Figura 3 – Esquema de circuito com estágios em cascata

Dessa forma, as equações dos parâmetros do circuito são:

𝐴𝑣𝑇 =𝑣𝑜

𝑣𝑖= 𝐴𝑣1

.𝐴𝑣2.𝐴𝑣3

…𝐴𝑣𝑛 𝐴𝑖𝑇 =𝑖𝑜

𝑖𝑖= −𝐴𝑣𝑇 .

𝑍𝑖1𝑅𝑙

𝑍𝑖 = 𝑍𝑖1

𝑍𝑜 = 𝑍𝑜𝑛

c. Realimentação

A realimentação é utilizada no controle de sistemas para minimizar as variações do

sistema ao longo do tempo, sem influenciar o resultado final.

Na figura 4 está o esquema de uma realimentação de um circuito elétrico, com um

amplificador de ganho -A. Utilizando a realimentação, é possível controlar o ganho 𝑉𝑜

𝑉𝑖 para que

não dependa muito do parâmetro A.

Figura 4

Se a impedância de entrada do amplificador de ganho -A for muito maior do que as

resistências R2 e R1, então a corrente que passa no resistor R2 é igual à do resistor R1.

Tem-se que 𝑉𝑜 = −𝐴.𝑉𝑖′ ⟹ 𝑉𝑖

′ =𝑉𝑜

−𝐴.

A partir da corrente, 𝑉𝑖′ = 𝑉𝑖 − 𝑅2 . 𝐼 = 𝑉𝑖 − 𝑅2 .

𝑉𝑖−𝑉𝑜

𝑅1+𝑅2 ⟹

𝑉𝑜

−𝐴= 𝑉𝑖 − 𝑉𝑖 .

𝑅2

𝑅1+𝑅2+

𝑉𝑜 .𝑅2

𝑅1+𝑅2

Page 31: Aula Pratica de Eletronica Basica

31

Ao final, encontra-se (1).

𝑉𝑜

𝑉𝑖=

−𝐴.𝑅1

𝐴.𝑅2+𝑅1+𝑅2 (1)

Se o ganho A for bastante alto, então 𝑉𝑜

𝑉𝑖= −

𝑅1

𝑅2 .

3. Procedimento experimental

a. Modificando parâmetros e criando novos componentes no Orcad:

Para modificar parâmetros de um componente existente nas bibliotecas do Orcad,

basta adicionar o componente na tela do esquemático e clicar sobre o componente, e

selecionar “Edit Pspice Model”(figura 5). Uma lista de parâmetros aparecerá. Basta modificar o

valor desejado e salvar, que nas próximas simulações este será o valor utilizado para o

parâmetro em questão.

Figura 5 - Opções 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

Page 32: Aula Pratica de Eletronica Basica

32

Na próxima tela, os parâmetros do novo componente são introduzidos. Parâmetros

que não forem introduzidos terão valores default. Nesta aula utilizaremos apenas os

parâmetros referentes ao hFE.

Figura 7 - Parâmetros.

Em seguida, vá em tools >> options... e selecione “Aways Create Part When Saving

Model”. Salve o arquivo. Assim, será criada uma library contendo os componentes criados pelo

usuário.

Para simular o novo componente, é necessário adicionar esta library para os arquivos

de simulação. Faça o seguinte: Crie um novo arquivo de simulação, ou se já foi criado um

arquivo vá até Simulation Settings. Então 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 simulação normalmente.

Page 33: Aula Pratica de Eletronica Basica

33

4. Amplificador não-inversor base comum

Simular o circuito do amplificador não-inversor da figura 9 no PSpice, utilizando o

modelo do transistor inserido na seção 3.1. Fazer 𝑉𝑖 = 10𝑚𝑉. Medir Ai e Av.

Figura 9

5. Amplificador inversor com divisor de tensão Simular o amplificador inversor por emissor comum da figura 10. Fazer 𝑉𝑖 = 10𝑚𝑉.

Medir Ai e Av.

Figura 10

6. Seguidor de emissor e circuito em cascata Implementar o circuito do seguidor de emissor 11, com sua entrada ligada na saída do

amplificador inversor com divisor de tensão. Medir Av e Ai do circuito seguidor de emissor e

do circuito em cascata.

Page 34: Aula Pratica de Eletronica Basica

34

Figura 11

7. Realimentação Inserir no circuito em cascata do item 3.4 uma realimentação, com resistores R1 e R2,

como a figura 4.

Utilizar R2 fixo e variar R1 para observar as variações no ganho de tensão. Calcular R2 e R1

para que a impedância de entrada do primeiro estágio não influencie muito a equação

(1).

Page 35: Aula Pratica de Eletronica Basica

35

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7. Projeto e cálculo de parâmetros

de um amplificador de pequenos

sinais utilizando TJB Disciplina de Fundamentos de Eletrônica

1. Objetivos Calcular e montar um circuito com polarização DC de forma a funcionar como um

amplificador de pequenos sinais. Nesta aplicação serão calculados os valores de ganhos e

impedâncias.

2. Base teórica

a. Polarização por divisor de tensão

A abordagem sobre o projeto de um circuito com

polarização por divisor de tensão não será o foco desta aula. Será

utilizada a análise aproximada e o pequeno erro obtido não será

considerado por tornar-se pequeno em comparação, por

exemplo, com o erro causado pela variação do ganho (β) do

transistor durante a operação.

b. Especificação do circuito

No projeto de um circuito para uma aplicação real deve-se ter bem claro a influência

de cada componente que tem os seus valores definidos ao início do projeto para atingir os

requisitos ao final da montagem.

Serão especificados: alimentação em 15 V, impedância de entrada (Zi) maior que 500Ω,

impedância de saída (Zo) maior que 100Ω e ganho de tensão (Av) 20. O transistor utilizado deve

ser um BC548, com o ganho esperado 350.

c. Polarização CC

Foi fixada em 20mA a corrente máxima que deve circular pelo emissor do TJB, assim:

𝐼𝑄 =1

2𝐼𝑀𝐴𝑋 = _________𝑚𝐴 , 𝑅𝐶 + 𝑅𝐸 =

𝑉𝑐𝑐

𝐼𝑀𝐴𝑋=

15𝑉

20𝑚𝐴= ___________ Ω

Com uma menor corrente de polarização consegue-se impor uma maior resistência no

coletor, o que irá influenciar a impedância de saída.

(Dividiu-se em valores comerciais 𝑅𝐶𝑒 𝑅𝐸 de forma que 𝑅𝐶 = 180Ω e 𝑅𝐸 = 560Ω . )

Figura 1 -Circuito com polarização

por divisor de tensão

Page 36: Aula Pratica de Eletronica Basica

36

Calcula-se a tensão a corrente na base pela malha que envolve base e emissor do

transistor:

𝑉𝐵 = 𝑅𝐸 ∗ 𝐼𝑒𝑞 + 0,7𝑉 = _________𝑉 e 𝐼𝐵 =10𝑚𝐴

𝛽= ________ µA

Com uma corrente de 1 mA no divisor de tensão já pode-se considerar desprezível a

corrente de base do transistor, assim 𝑅2 =𝑉𝑏

1𝑚𝐴= _______𝐾Ω e 𝑅1 =

(15𝑉−𝑉𝑏 )

1𝑚𝐴= _________ 𝐾Ω.

(Passando para valores comerciais R2 ≅ 4x 1,5kΩ + 320Ω e R1 ≅ 2x 3,8kΩ + 1kΩ)

d. Circuito equivalente AC

O circuito da figura 1 já estando polarizado em um nível DC apropriado pode ser

reduzido ao circuito equivalente AC neste momento,

todos os níveis DC serão desconsiderados. Nesta

análise as fontes de tensão contínua e os capacitores

representam um curto circuito para sinal alternado na

freqüência de teste. Desta forma tem-se o circuito da

figura 2 (é importante entender esta etapa para seguir

adiante).

A seguir substitui-se o transistor pelo circuito re

equivalente que é uma resistência β.re e uma fonte de

corrente, dando origem ao circuito da figura 3.

Este circuito não é real,

somente serve de ferramenta de

forma a visualizar e analisar o

comportamento em AC por meio de

ferramentas já conhecidas de

circuitos.

O valor de re existe somente

para análise AC, dado pelo IE de polarização (DC) :

re =26mV

IE= ______ Ω

A impedância de entrada é a impedância vista entre os terminais de entrada, assim:

Zi = R1//R2// β. re ≅ ______ Ω

A impedância de saída é a impedância vista entre os terminais de saída quando

nenhum estímulo é aplicado à entrada, assim a fonte de corrente é um circuito aberto. Tem-

se:

Zo = ro//RC ≅ ______ Ω

Como ro é dado na folha de dados do fabricante entre 18 e 60 µS, o que equivale a

55,5 e 16,7 kΩ, este paralelo é praticamente o mesmo valor de RC .

Figura 2 - Circuito para análise AC

Figura 3 – Circuito incluindo o modelo AC do transistor

Page 37: Aula Pratica de Eletronica Basica

37

O ganho de tensão sem carga esperado deste circuito é dado pelo produto do valor da

corrente que circula pela fonte de corrente e impedância de saída.

Av = −RC// 𝑟𝑜

rE

O ganho de corrente será:

𝐴𝑖 =𝛽𝑅´𝑟𝑜

𝑟𝑜 + 𝑅𝑐 (𝑅´ + 𝛽𝑟𝑒)

Sendo 𝑅´ = 𝑅1//𝑅2 conforme Figura. De forma alternativa o ganho de corrente pode

ser obtido através do ganho de tensão, assim:

𝐴𝑖 = −𝐴𝑣𝑍𝑖

𝑅𝑐

e. Parâmetros de influência em Zi e Zo.

Observando-se a Figura pode-se concluir que Zi é caracterizada por uma

associação em paralelo entre R1, R2 e β. re. Como β é um valor característico do transistor,

re pode ser alterado com a corrente de polarização, Zi pode ser alterada de acordo com os

valores das resistências R1 e R2. Do mesmo modo, a impedância de saída é caracterizada

pela associação paralela entre ro e Rc, sendo alterada então pela mudança da resistência de

coletor (Rc) visto que ro também é um valor característico do transistor.

3. Procedimento experimental Montar o circuito da figura 4.

Inserir um sinal alternado para ser amplificado sem resistência na entrada e nem

carga.

Medir o ganho de tensão sem carga.

Colocar uma alta resistência, valor próximo a Zi, na entrada e verificar a variação do

ganho. Calcular então a impedância de entrada.

Para que se calcule a impedância de saída, sem a resistência de entrada, coloca-se

uma pequena carga (valor próximo a Zo) e verifica-se a queda de tensão.

Figura 4 – Circuito para análise AC

R1

R2

Rc

RE

C1

Ce

C2

c

e

b

Vcc

Vo

Vi

Page 38: Aula Pratica de Eletronica Basica

38

4. Materiais a serem utilizados 3 capacitores eletrolíticos c =100 µF

4 resistores de 1.5kΩ + 1 resistor de 320Ω = 6,3k Ω

2 resistores de 3.8kΩ + 1 resistor de 1kΩ = 8,6kΩ

1 resistor de 180Ω

1 resistor de 560Ω

5. Bibliografia: BC546 THRU BC549 Datasheet em

http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/GeneralSemiconductor/mXyzqszz.pdf

Page 39: Aula Pratica de Eletronica Basica

39

Folha de aula Nome(s):______________________________________________________________________

_____________________________________________________________ Data: ___/___/___

1. Comparação entre parâmetros teóricos e práticos. Calcular os valores apresentados na fundamentação teórica e preencher a Tabela 1.

Apresentar na Tabela 5 os valores reais (implementados na prática) e os medidos.

Re =

Zi =

Zo =

Av =

Ai =

1) Com base na análise feita sobre os parâmetros que influenciam nos valores de Zi e

Zo, faça uma análise sobre os parâmetros que influenciam nos ganhos de tensão e corrente.

Dentre esses parâmetros quais (e qual melhores valores) podem ser alterados quando se

deseja:

-Maior ganho de tensão:

_______________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

-Maior ganho de corrente:

_______________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

-Alta impedância de entrada:

_______________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

2) Por que não se pode utilizar grandes resistores de coletor e emissor para a

polarização, qual característica do transistor define esse comportamento?

_______________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

Parâmetros Valores

Zi

Zo

Av

Ai Tabela 4-Valores Calculados

Parâmetros Valores

Zi

Zo

Av

Ai Tabela 5-Valores Medidos

Page 40: Aula Pratica de Eletronica Basica

40

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Curso de Engenharia Elétrica

8. TJB: Configuração seguidor

de emissor Disciplina de Fundamentos de Eletrônica

1. Objetivos

Polarização CC da configuração seguidor de emissor de Transistores de Junção Bipolar

(TJB);

Análise CA da configuração seguidor de emissor de TJB;

Características e aplicações de Emissor Comum, Coletor Comum e Base Comum.

2. Base teórica

a. Configuração Seguidor de emissor

Quando a saída se dá através do terminal emissor do transistor, o circuito é chamado

seguidor de emissor. Nesta configuração, a tensão de saída é um pouco menor que o sinal de

entrada, devido à queda de tensão de base para emissor. Assim, pode-se dizer que Av 1.

Diferentemente da tensão do coletor, a tensão do emissor está em fase com o sinal Vi.

E devido ao fato de o coletor estar aterrado para análise CA, tem-se na verdade, uma

configuração coletor-comum.

Um circuito seguidor de emissor tem uma alta impedância de entrada, uma baixa

impedância de saída, oposto do comportamento da configuração-padrão com polarização fixa.

Apresenta também uma baixa distorção linear. Muitas vezes este circuito é usado como um

estágio de reforço (buffer) entre a alta impedância da fonte de sinal e a baixa impedância da

carga.

A configuração seguidor de emissor é freqüentemente utilizada para fins de

casamento de impedâncias. O resultado é quase o mesmo que obtido com um transformador,

em que uma carga é casada com a impedância da fonte para a máxima transferência de

potência pelo sistema.

Neste experimento você poderá verificar como característica sua alta impedância de

entrada e baixa impedância de saída.

Page 41: Aula Pratica de Eletronica Basica

41

b. Comparação das configurações dos amplificadores a transistor:

Configuração EC: a configuração emissor comum apresenta ganho de tensão e ganho de

corrente maiores do que a unidade. Este tipo de ligação é o mais versátil e o mais útil das três

configurações.

Ri e Ro variam muito pouco com RL e RS, respectivamente, para o circuito EC.

Configuração BC: para o estágio base comum, AI é menor do que a unidade, AV é alto

(aproximadamente igual ao do estágio EC), Ri é a menor e Ro é a maior das três configurações.

O estágio BC apresenta poucas aplicações. Algumas vezes é usado para casamento de uma

baixa impedância de fonte, que alimenta uma carga de alta impedância, ou como um

amplificador não inversor com ganho de tensão maior que a unidade. É também usado como

uma fonte de corrente constante (por exemplo, como um circuito de varredura para carregar,

linearmente, um capacitor).

Configuração CC: para o estágio coletor comum, Ai é alto (aproximadamente igual ao do

estágio EC), AV é menor que a unidade, Ri é a maior e Ro é a menor das três configurações. Este

tipo de circuito encontra muitas aplicações, principalmente em acopladores entre estágios de

circuitos com funções diferentes, como por exemplo, uma fonte com alta impedância e uma

carga de baixa impedância.

c. Polarização CC

A polarização CC determina o ponto de operação quiescente do transistor.

Para o circuito seguidor-de-emissor, se

2.10. RRE

Então:

21

2.

RR

RVV CC

B

VVBE 7,0 EBBE VVV

BEBE VVV 1A

Page 42: Aula Pratica de Eletronica Basica

42

CCc VV

Figura 1. Circuito seguidor-de-emissor, polarização CC.

d. Análise CA

Encontrando modelo equivalente re:

Como desejamos a resposta CA do circuito, todas as fontes CC podem ser substituídas

por um potencial nulo equivalente (curto-circuito), uma vez que determinam apenas o

componente CC (nível quiescente) da tensão de saída, e não a amplitude da oscilação de saída.

Além disso, os capacitores de acoplamento podem ser substituídos por um curto-

circuito, já que são calculados com pequena reatância para a freqüência utilizada.

Redesenhamos o circuito para análise CA de pequenos sinais, conforme a figura 2:

Figura 2. Redesenhando para análise CA de pequenos sinais.

Page 43: Aula Pratica de Eletronica Basica

43

Determinação dos parâmetros Zi, Zo, Av, Ai.

Conforme apresentado na figura 2, o modelo re equivalente do circuito, podemos a partir

deste determinar os parâmetros fundamentais para realização desse experimento.

Aplicando a Lei de Kirchhoff das tensões à seção de entrada da figura 2 temos:

ERIereIbVi .. (1)

BRIiVi '. (2)

Com Zb

ViIb (3) Substituindo (1) em (3): ERreZb )1( (4)

Determinando Impedância de entrada, Zi:

Para Zi, temos: Ii

ViZi (5)

Sendo Ii’ a corrente que passa por RB, por divisor de corrente temos: ZbR

ZbIiIi

B

.' (6)

Substituímos (6) e (2) em (5) e obtemos:

ZbRZi B // (7)

Determinando Impedância de saída, Zo: o

oo

I

VZ (8)

Equacionamos IE a partir da figura 2: 1)Ib( IE (9)

Substituindo (3) e aproximando ( +1) , já que é alto, temos:

E

ERre

ViI

(10)

Para obtermos a impedância de saída construímos o circuito conforme da equação (10). Este é

representado na figura 3:

Page 44: Aula Pratica de Eletronica Basica

44

Figura 3. Definição de impedância de saída para configuração seguidor-de-emissor.

Assim:

reRZ Eo // (11)

Onde re = 26mV/Ie (cc)

Determinando Av:

Podemos determinar Av, utilizando o divisor de tensão na figura 3. Assim, temos que:

reR

R

Vi

VoAv

E

E

(12)

Geralmente RE é muito maior que re, por isso desconsideramos o valor de re, e o ganho de

tensão é próximo de 1.

1Av (13)

Determinando Ai:

Ii

IoAi (14)

Por divisão de corrente, na entrada da figura 2, temos:

ZbR

IiRIb

B

B

(15)

Também, EIIo , substituindo (9) na anterior, temos:

IbIo )1( (16)

Agora, isolando Ii de (15) e substituindo (15) e (16) em (14), temos:

Page 45: Aula Pratica de Eletronica Basica

45

ZbR

RAi

B

B

)1( (17)

Com (β+1) .

ZbR

RAi

B

B

(18)

De outra forma, podemos apresentar:

ER

ZiAvAi (19)

Para grande parte das aplicações, os resultados reais podem ser bem aproximados,

ignorando os efeitos de r0 para essa configuração.

Para o exemplo trabalhado nesta experiência prática, será utilizado na base do circuito

seguidor-de-emissor um divisor de tensão, portanto, basta substituirmos o RB das equações

por R1//R2.

Ainda, a impedância de entrada Zi e a impedância de saída Zo não são afetadas por Rc,

pois ele não é refletido para os circuitos equivalentes da base ou emissor. RC só influencia na

determinação do ponto quiescente.

Análise do circuito seguidor-de-emissor com carga:

Os parâmetros de impedância de entrada e saída para o circuito seguidor de emissor

são sensíveis à carga aplicada e à resistência da fonte.

Para simplificarmos o trabalho, apresentamos o resultado das deduções para uma o

circuito com carga.

(20)

reRZ Eo // (21)

reRsRR

RRAvs

LE

LE

///

// : com RS (22)

reRR

RRAv

LE

LE

//

//

Page 46: Aula Pratica de Eletronica Basica

46

re

RsRZ Eo

'// : com RS (23)

Onde Rs’=Rs//R1//R2

)//(//' LEB RRreRZi (24)

Onde RB’=R1//R2

LR

ZiAvAi

3. Procedimento experimental

a. Seguidor-de-emissor

Figura 4 – Circuito da configuração seguidor-de-emissor.

1. Calcule as tensões CC na base, emissor e coletor da figura 4. Anote suas respostas na tabela

1.

2. Calcule e anote a tensão CA pico a pico na base, emissor e coletor.

3. Monte o circuito. Meça e anote a tensão CC na base, emissor e coletor.

4. Ajuste o gerador de sinais para obter um sinal de 1 Vpp e 10 kHz (meça esse sinal entre uma

ponteira do gerador de sinal e a referência).

5. Meça e anote a tensão pico a pico na base, emissor e coletor.

Page 47: Aula Pratica de Eletronica Basica

47

b. Impedância de saída

6. Calcule a impedância de saída do circuito apresentado na figura 4. Anote este valor na

tabela 2.

7. Agora reduza o sinal do gerador de 1 V para 100 mV.

8. Meça e anote a tensão de pico a pico na saída (sem carga).

9. Conecte uma resistência de carga de 47 Ω na saída.

10. Meça e anote a tensão de pico a pico na saída (com carga).

11. Calcule a impedância de saída do seguidor de emissor com os dados obtidos nos

procedimentos 8 a 10. Anote sua resposta experimental na tabela 1.

Page 48: Aula Pratica de Eletronica Basica

48

Folha de aula Nome(s):______________________________________________________________________

_____________________________________________________________ Data: ___/___/___

1. Seguidor-de-emissor

a. Procedimento experimental

Tabela 1 – Seguidor-de-emissor: hfe = ______________

Valores Calculado Medido

B E C B E C

CC

CA

2. Impedância de saída

a. Procedimento experimental Tabela 2 – Impedância de Saída

Calculada Zsaída:

Sem carga Vsaída:

Com carga Vsaída:

Experimental Zsaída:

3. Análise dos resultados

1. O dado na tabela 1 mostra que o ganho de tensão do seguidor-de-emissor foi

aproximadamente:

a) 0; b) 1; C) 4,3 V; d) 10 V.

2. A tensão CA no coletor do seguidor-de-emissor foi próxima de:

a) 0; b) 0,58 V; C) 1 V; d) 10 V.

3. Pelo fato de a tensão CA no emissor ser aproximadamente igual à tensão CA na tabela 1, a

impedância de entrada da base deve ser:

a) 0; b) muito baixa; C) 10 Ω; d) muito alta.

Page 49: Aula Pratica de Eletronica Basica

49

4. Explique como você obteve o valor experimental de Zsaída na tabela 2.

Observações:

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

Bibliografia:

Robert L. Boylestad e Louis Nashelsky, “Dispositivos Eletrônicos e teoria de circuitos”,

8a edição, 2004, Prentice Hall.

Albert Paul Malvino, “Eletrônica no laboratório”, 3a edição, 1991, Makron, McGraw-

Hill.

Page 50: Aula Pratica de Eletronica Basica

50

Universidade Federal de Santa Maria

Curso de Engenharia Elétrica

9. Projeto e cálculo de parâmetros

de um amplificador de pequenos

sinais utilizando configuração

darlington com TJB Disciplina de Fundamentos de Eletrônica

1. Objetivos Montar o circuito para amplificação de pequenos sinais de dois estágios proposto

na figura 2.

Realizar cálculos de impedância de entrada e saída e ganho de tensão para os dois

estágios.

2. Base teórica

a. Configuração darlington

A configuração darlington consiste na conexão de dois

transistores bipolares de junção operando como um transistor

“superbeta”. A composição dede transistores atua como uma

unidade única, com um ganho de corrente que é o produto dos

ganhos de corrente dos transistores individuais.

Será utilizada a análise aproximada e o pequeno erro

obtido não será considerado por tornar-se pequeno em

comparação, por exemplo, com o erro causado pela variação do

ganho (β) dos transistores durante a operação.

Geralmente utiliza-se a configuração darlington num circuito seguidor-de-emissor,

pois a finalidade deste circuito é ter uma grande impedância de entrada, ganho de tensão igual

a 1 e altíssimo ganho de corrente.

b. Circuito proposto para a montagem

Na figura 2 está o circuito amplificador de pequenos sinais de dois estágios. O primeiro

estágio consiste num circuito com polarização por divisão de tensão, destinado ao aumento de

tensão do sinal de entrada. O segundo estágio é um circuito para amplificação de corrente

com um seguidor-de-emissor e configuração darlington.

Figura 1 - Configuração darlington num seguidor de

emissor (coletor comum)

Page 51: Aula Pratica de Eletronica Basica

51

Figura 2 -circuito amplificador de pequenos sinais com dois estágios.

c. Análise AC

Estes cálculos são os mesmos vistos nas aulas práticas anteriores, não sendo

necessário deduzi-los novamente.

A seguir seguem os cálculos para a análise AC do primeiro estágio considerado sem

carga, pois a impedância de entrada do segundo estágio é muito alta, conforme será visto

durante a execução dos cálculos. Utilize β = β1 = β2 = 350 para todos os cálculos.

re =26mV

IE= _________ Ω , para IE = 10mA

Zi = R1//R2// β. re ≅ __________ Ω

Zo = ro//RC ≅ __________ Ω , para ro = 50kΩ

Av = −RC // ro

rE= ___________

𝐴𝑖 = −𝐴𝑣𝑍𝑖

𝑅𝑐= ___________

A seguir seguem os cálculos para a análise AC do segundo estágio com uma carga de

10Ω (que será substituída por um auto-falante ao final do experimento).

re =26mV

IE= _________ Ω , para IE = 30mA

Zi = R1//R2// 𝛽1 .𝛽2(re + RE// RL) ≅ ___________ Ω

Zo = RE// R1//R2

𝛽1 .𝛽2+ re ≅ ____________ Ω

Av =𝑅𝑒//𝑅𝐿

𝑅𝑒//𝑅𝐿+𝑟𝑒 ≅ ___________

𝐴𝑖 = −𝐴𝑣𝑍𝑖

𝑅𝐿= ___________

C2

1u

ReA

100

R1B

147k

R2B

47k

C4

10u

R1A

22k

RL

10

RcA

470

BC548

0

R2A

4.7k

ReB

47

BC548

BC337C1

1u

Vcc

12

Vi

FREQ = 10k

VAMPL = 0.009 C3

1u

Page 52: Aula Pratica de Eletronica Basica

52

3. Procedimento experimental Realizar os cálculos da análise AC acima.

Montar o circuito da figura 2.

Inserir um sinal alternado de 10mV e 1kHz (Vi) e medir o ganho de tensão do

primeiro estágio.

𝐴𝑉 =𝑉0

𝑉𝑖= _________

Inserir um sinal alternado de 10mV e 1kHz na entrada do segundo estágio e medir o

ganho de corrente.

𝐴𝐼 =𝐼0

𝐼𝑖= _________

Unir os dois estágios e testar amplificador de som.

4. Materiais a serem utilizados Capacitores eletrolíticos: 3 x 1µF, 1 x 10µF

Resistores: 22kΩ, 4,7kΩ, 470Ω, 100Ω , 47kΩ , 100kΩ , 47Ω , 10 Ω

5. Bibliografia: http://www.datasheetcatalog.org

Page 53: Aula Pratica de Eletronica Basica

53

Folha de aula Nome(s):______________________________________________________________________

_____________________________________________________________ Data: ___/___/___

1. Resultado dos cálculos. Calcular os valores apresentados na análise AC e completar as tabelas.

𝐴𝑉 =𝑉0

𝑉𝑖= _________ ,do primeiro estágio.

𝐴𝐼 =𝐼0

𝐼𝑖= _________, do segundo estágio.

1. Por que utilizamos dois estágios de amplificação? Comente a importância de cada

um deles na amplificação do som.

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

2. Qual a finalidade de utilizarmos a configuração darlington?

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

1º estágio Valores

Zi

Zo

Av

Ai

2º estágio Valores

Zi

Zo

Av

Ai

Page 54: Aula Pratica de Eletronica Basica

54

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Curso de Engenharia Elétrica

10. Curva Id X Vds do JFET Disciplina de Fundamentos de Eletrônica

1. Objetivos Entender o comportamento do transistor JFET.

Traçar a curva 𝐼𝑑 × 𝑉𝑑𝑠 do JFET MPF102, para alguns valores de VGS.

2. Base teórica

a. Funcionamento do JFET de canal N

O JFET é um transistor em que a corrente que passa do Drain para o Source (ID) é

controlada pela tensão entre o Gate e Source (𝑉𝐺𝑆).

Se 𝑉𝐺𝑆 = 0 e a tensão 𝑉𝐷𝑆 é positiva, então há corrente passando entre Drain e Source,

pois a região de depleção, que impede a passagem de elétrons no canal N é a menor possível

(Figura 2). Nesse caso, o canal N funciona como uma região resistiva. Tornando-se 𝑉𝐺𝑆 mais

negativo, há um aumento na região de depleção, o que faz a resistência do canal N aumentar,

até tornar-se infinita.

O JFET não é feito para funcionar com 𝑉𝐺𝑆 > 0, pois ocorreria passagem de corrente

entre Gate e Source. Nesse caso, seria como um diodo. É por isso que o símbolo do JFET canal

N possui a seta para dentro do Gate (Figura 1). É o sentido que teria a corrente caso 𝑉𝐺𝑆 > 0.

Figura 10

Page 55: Aula Pratica de Eletronica Basica

55

Figura 11

Aumentando VDS, há um aumento da corrente no JFET e também um aumento na

resistência do canal N, pois ocorre um aumento na região de depleção. Isso se dá até ocorrer a

saturação da corrente, quando a resistência do canal (𝑅 =𝑑𝑉𝐺𝑆

𝑑𝐼𝐷) torna-se muito alta e o JFET

funciona como uma fonte de corrente. Na figura 3, pode-se verificar o comportamento do

transistor para alguns valores de VGS.

Explicações mais detalhadas sobre o funcionamento do JFET no capítulo 5 do livro

Dispositivos Eletrônicos e teoria de circuitos, de Boylestad e Nashelsky.

Figura 12

Page 56: Aula Pratica de Eletronica Basica

56

3. Procedimento experimental

a. Desenho da curva ID X VDS para diversos valores de VGS

Montar o circuito da figura 5, utilizando o transístor MPF102 (figura 4).

Variar lentamente VDS (medir com voltímetro) para um VGS constante e medir a

corrente ID (com amperímetro), completando a tabela 1. Não permitir que a corrente

ID exceda 10mA.

Fazer o mesmo procedimento para os valores VGS = -2V e VGS = -4V.

Traçar o gráfico na Figura 6, para os valores de VGS medidos. A curva deve ser parecida

com a da figura 3.

Para a tensão VDS = 10V, descobrir o valor de VGS em que não ocorre corrente ID. Para

isso, aumentar lentamente VGS (na tensão negativa) e verificar a variação de ID.

Figura 13

Figura 14

Page 57: Aula Pratica de Eletronica Basica

57

Folha de aula Nome(s):______________________________________________________________________

_____________________________________________________________ Data: ___/___/___

1. Desenho da curva ID X VDS para diversos valores de VGS

Tabela 6

VGS = 0V VGS = -2V VGS = -4V

VDS ID VDS ID VDS ID

Figura 15

Para VDS = 10V: Valor de VGS que não há corrente ID: ___________

ID

Vgs

Page 58: Aula Pratica de Eletronica Basica

58

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Curso de Engenharia Elétrica

11. Autopolarização FET Disciplina de Fundamentos de Eletrônica

1. Objetivos Montar o circuito com JFET na configuração autopolarização.

Encontrar o ponto quiescente através do método matemático, gráfico e das

medições no circuito montado.

2. Base teórica

a. Autopolarização

A configuração com autopolarização elimina a necessidade de duas fontes dc. A tensão

controladora gate-source é agora determinada pela tensão através do resistor Rs, colocado

entre a fonte e o terra, como mostrado na figura 1.

Para a análise DC os capacitores podem ser considerados como curtos-circuitos, assim

como o resistor 𝑅𝑆, pois 𝐼𝐺 é considerada praticamente zero, resultando na figura 2.

𝑉𝐺 pode ser determinada pela malha representada na figura 2.

−𝑉𝐺𝑆 − 𝑉𝑅𝑆 = 0

𝑉𝐺𝑆 = 𝑉𝑅𝑆

𝑉𝐺𝑆 = −𝐼𝐷 .𝑅𝑆

Para traçar a reta de autopolarização, precisamos determinar dois pontos no gráfico de

𝑉𝐺𝑆 × 𝐼𝐷𝑆𝑆 . O primeiro ponto é o próprio zero e o segundo pode ser determinado por dois

métodos:

Figura 1- Configuração para JFET com autopolarização.

Figura 2- Análise DC da configuração com autopolarização.

Page 59: Aula Pratica de Eletronica Basica

59

b. Método mátemático

Basta unir a equação que determina 𝑉𝐺 para o JFET em autopolarização com a equação

de Shockley, assim temos:

𝐼𝐷 = 𝐼𝐷𝑆𝑆 1 −𝑉𝐺𝑆𝑉𝑃

2

= 𝐼𝐷𝑆𝑆 1 −−𝐼𝐷 .𝑅𝑆

𝑉𝑃

2

𝐼𝐷 = 𝐼𝐷𝑆𝑆 1 +𝐼𝐷 .𝑅𝑆

𝑉𝑃

2

Rearranjando os termos temos:

𝐼𝐷2 + 𝐾2𝐼𝐷 + 𝐾2 = 0

Através da equação acima determinamos a correte de dreno-source em que o circuito

estabilizará, que podemos chamar de valor de corrente quiescente (𝐼𝐷𝑄 ). Com essa corrente

podemos determinar 𝑉𝐺𝑆𝑄 com a equação a seguir:

𝑉𝐺𝑆𝑄 = −𝐼𝐷𝑄 .𝑅𝑆

c. Método gráfico

Para este método primeiro precisamos traçar a curva de transferência do dispositivo, e

para isto precisamos apenas dos valores de 𝑉𝑃 e 𝐼𝐷𝑆𝑆 . Como determinar estes dois parâmetros

empiricamente será mostrado na próxima seção.

Conforme a figura 3, podemos traçar a curva característica do JFET através das

extremidades (𝑉𝑃 e 𝐼𝐷𝑆𝑆 ) e um ponto intermediário dado por 𝑉𝑃

2 e

𝐼𝐷𝑆𝑆

4.

Com a curva característica pronta, precisamos determinar mais um ponto dado por 𝐼𝐷𝑆𝑆

2 e

−𝐼𝐷𝑆𝑆 .𝑅𝑆

2, conforme a figura 4. Então traçamos uma reta do ponto zero até o ponto recém

calculado, sendo que a intercessão entre esta reta e a curva característica é o ponto

quiescente.

Figura 3- Análise DC da configuração com autopolarização.

Figura 4- Esboço da reta de autopolarização e determinação do ponto quiescente.

Page 60: Aula Pratica de Eletronica Basica

60

O ponto quiescente (𝐼𝐷𝑄e 𝑉𝐺𝑆𝑄 ) calculado e o encontrado através do gráfico devem ser

bem próximos, pois só existe erro devido às imperfeições no gráfico.

3. Determinação de 𝑽𝑷 e 𝑰𝑫𝑺𝑺. Caso não seja informado no datasheet do JFET utilizado, os valores de 𝑉𝑃 e 𝐼𝐷𝑆𝑆 podem

ser encontrados através de testes práticos.

Para determinar 𝑉𝑃, primeiro ligamos uma fonte de tensão variável no Gate do JFET e

um ohmímetro entre o Dreno e o terra do circuito, conforme a figura 5. Então aumentamos

negativamente a tensão até que o multímetro passe a acusar resistência infinita. Este ponto é

considerado 𝑉𝑃.

Para determinar 𝐼𝐷𝑆𝑆 , primeiro ligamos o Gate do JFET direto no terra do circuito, assim

como o Source (para ter zero de 𝑉𝐺𝑆). Após ligamos uma fonte de tensão variável direto no

Dreno e um amperímetro entre os terminais livres vistos na figura 6, para monitormos o

aumento da corrente de Dreno no JFET conforme aumentamos a tensão da fonte variável.

Quando a corrente apresentar uma variação muito pequena se comparado com a variação de

tensão do JFET, encontramos a 𝐼𝐷𝑆𝑆 .

4. Procedimento experimental Para esta atividade utilize 𝑉𝑃 = −4𝑉 e 𝐼𝐷𝑆𝑆 = 12𝑚𝐴.

Montar o circuito da figura 7.

Medir os valores de 𝑉𝐺𝑆 e 𝐼𝐷𝑆 .

Determinar o ponto quiescente através do método matemático.

𝐼𝐷𝑄 = 𝐼𝐷𝑆𝑆 1 +𝐼𝐷𝑄 .𝑅𝑆

𝑉𝑃

2

𝑉𝐺𝑆𝑄 = −𝐼𝐷𝑄 .𝑅𝑆

𝑉𝐷 = 𝑉𝐹𝑜𝑛𝑡𝑒 − 𝐼𝐷𝑄 .𝑅𝑆

𝑉𝐷𝑆 = 𝑉𝐹𝑜𝑛𝑡 𝑒 − 𝐼𝐷 . 𝑅𝑆 + 𝑅𝐷

Traçar a curva característica do JFET.

Traçar reta de autopolarização do circuito.

Determinar numericamente o ponto quiescente pela intercessão entre os gráficos

anteriores.

Figura 6- Circuito para determinar 𝑰𝑫𝑺𝑺.

amperímetro

0

G

MPF102V2

S

D

0

Figura 5- Circuito para determinar 𝑽𝑷.

G

S

V1

0

ohmímetro

MPF102

00

D

Page 61: Aula Pratica de Eletronica Basica

61

Comparar o ponto quiescente encontrado pelo método matemático com o encontrado

pelo método numérico.

5. Materiais a serem utilizados Transistor JFET MPF102

Resistores: 1kΩ, 1MΩ, 3.3kΩ

Figura 7- Configuração JFET em autopolarização.

00

SRg

1000kRs

1k

Rd

3.3k

MPF102

D

0

G

Fonte

15

Page 62: Aula Pratica de Eletronica Basica

62

Folha de aula Nome(s):______________________________________________________________________

_____________________________________________________________ Data: ___/___/___

1. Resultado dos cálculos. Método

matemático Método gráfico

Valores medidos

𝐼𝐷𝑄

𝑉𝐺𝑆𝑄

𝑉𝐷

𝑉𝐷𝑆

Porque ocorreram diferenças entre os resultados dos dois métodos utilizados para

encontrar o ponto quiescente do circuito?

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

Qual a principal vantagem da utilização do transistor JFET em relação ao TJB? Cite duas

aplicações em que o JFET substitui o TJB.

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

ID

Vgs

Page 63: Aula Pratica de Eletronica Basica

63

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Curso de Engenharia Elétrica

12. Polarização de FET por

divisor de tensão Disciplina de Fundamentos de Eletrônica

1. Objetivos O objetivo desta aula é montar o circuito de polarização DC por divisão de tensão com

um transistor de efeito de campo.

Entender a influência no projeto de cada elemento do circuito.

2. Base teórica

a. Polarização por divisor de tensão

O circuito polarizado com a utilização de um divisor de

tensão é similar ao BJT, com a vantagem de que a análise será

exata, pois a corrente de gate é nula.

Para projeto define-se a tensão na fonte (Vs) de acordo

com os valores de RF e corrente quiescente esperados, então a

tensão de gate é definida pelo divisor de tensão de forma

independente.

Graficamente tem-se a curva de transferência do FET e

com ela cruza a reta que descreve VGS em função da corrente

de polarização quiescente ID:

𝑉𝐺𝑆 = 𝑉𝐷𝐼𝑉𝐼𝑆𝑂𝑅 − 𝐼𝐷 .𝑅𝐹

O ponto comum às duas linhas será o ponto de polarização (Q), como no gráfico 1, a

seguir.

Gráfico 1 – Interpretação gráfica da polarização por divisor de tensão.

Figura 1 – Polarização por divisor de

tensão

Page 64: Aula Pratica de Eletronica Basica

64

3. Projeto de circuito com divisor de tensão No circuito de polarização por divisor de tensão 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 relação à tensão de entrada, ou

transcondutância, esperado na polarização deste FET, para isso olha-se para a

inclinação da curva de transferência (gráfico 1, curva mais à esquerda). Pode-se

obter valores relativamente baixos, próximos de VP, até valores bastante altos,

próximos a IDSS (VGS zero). Estes valores ficam definidos pela inclinação da reta

IDSS x VGS, pela derivada da equação de Shockley. Esta relação será melhor vista

na análise AC.

𝑔𝑚 =2. 𝐼𝐷𝑆𝑆 𝑉𝑃

1 −𝑉𝐺𝑆𝑉𝑃

2. Definido o ponto de operação (VGSq) se obtém na curva de transferência a

corrente equivalente (IDq) e com ela, já definido um valor para RF, determina-se

VF por VF = 𝐼𝐷𝑞 .𝑅𝐷 .

3. Tendo VD e sabendo-se VGS necessário para a operação no ponto escolhido

determina-se a tensão no divisor por

𝑉𝐷𝐼𝑉𝐼𝑆𝑂𝑅 = 𝑉𝐺𝑆 + 𝐼𝐷 .𝑅𝐹

4. Escolhe-se um valor para R1 ou R2 e após isso determina-se o outro valor a

partir da análise do divisor de tensão formado com essas resistências.

4. Procedimento experimental O circuito já projetado tem Rf=3.3 kΩ, Rd=1 kΩ R1 = R2 = 100 kΩ.

a. Calcular o que se espera do circuito montado – sugestão: já ir montando o

circuito enquanto o grupo calcula

Desenhar a curva de transferência (ID x VGS) esperada para os valores

de VP e IDSS admitidos na folha em anexo.

Calcular tensão no divisor (VDIVISOR).

Desenhar no mesmo gráfico a reta esperada de

𝑉𝐺𝑆 = 𝑉𝐷𝐼𝑉𝐼𝑆𝑂𝑅 − 𝐼𝐷 .𝑅𝐹 , ou rearranjando-se 𝐼𝐷 = 𝑉𝐷𝐼𝑉𝐼𝑆𝑂𝑅 −𝑉𝐺𝑆

𝑅𝐹

Observar o ponto de encontro das retas (ponto de polarização) e anotar os valores de

VGS e ID.

Desenhar no mesmo gráfico outras retas esperadas caso RF seja aumentada em 1kΩ e

2kΩ mantendo-se a tensão no divisor.

b. Montar o circuito

Fazer medidas de VGS,VF, VD e ID.

Preencher a tabela com os valores medidos.

Page 65: Aula Pratica de Eletronica Basica

65

Folha de aula Nome(s):______________________________________________________________________

_____________________________________________________________ Data: ___/___/___

1. Resultados experimentais Esboce o gráfico apresentando as curvas pedidas no Item 3.1:

Id

Vgs

Preencha a tabela com os valores solicitados:

Parâmetros Valores medidos

VGS

Vf

VD

ID

Apresentar o cálculo da tensão no divisor de tensão:

2. Análise dos resultados Qual é o erro observado entre os valores teóricos (calculados) e práticos (medidos)? Esse erro

é tolerável?

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

Qual a influência de Rf no ponto de polarização? Os valores de Rf e ID são diretamente

proporcionais? Justifique a resposta.

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

A polarização por divisor de tensão do FET apresenta alguma vantagem em relação à do BJT?

Justifique a resposta.

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

Page 66: Aula Pratica de Eletronica Basica

66

Universidade Federal de Santa Maria

Curso de Engenharia Elétrica

13. Análise do FET para

Pequenos Sinais Disciplina de Fundamentos de Eletrônica

1. Objetivos Realizar a análise CA de um circuito JFET com polarização fonte comum.

Medir e calcular a tensão de saída, o ganho de tensão CA e a impedância de saída do

circuito.

2. Base teórica

a. Amplificadores FET

Os amplificadores com transistores de efeito de campo proporcionam um ótimo ganho

de tensão, além de fornecer alta impedância de entrada. Possuem baixo consumo de potência

e são aplicáveis a uma ampla faixa de freqüências.

b. Amplificador fonte comum

Devido a curva de transcondutância do JFET ser parabólica, a operação do amplificador

fonte comum produz uma distorção quadrática, por isso um amplificador fonte comum é

usualmente preferido para operar em pequeno sinal. Devido ao fato de gm ser relativamente

baixo, o amplificador fonte comum típico tem um ganho de tensão relativamente baixo.

c. Modelo do FET para pequeno sinal

Princípio: A tensão porta-fonte controla a corrente dreno-fonte (canal) de um FET. A

tensão porta-fonte controla o valor CC da corrente de dreno pela relação de Shockley:

2

1

P

GSDSSD

V

VII

A variação na corrente de dreno resulta em uma variação da tensão porta-fonte.

Determina-se essa variação através do fator transcondutância gm:

D

GSm

I

Vg

Determinação matemática de gm similar a solução da resistência CA de um diodo

encontra-se pela derivada de uma função em um ponto que é igual à inclinação de uma

reta tangente desenhada nesse ponto a derivada de ID com relação a VGS na equação de

Shockley:

Page 67: Aula Pratica de Eletronica Basica

67

Impedância de entrada: Zi = ∞ Ω. Valor comum: 109 Ω para JFETs.

Impedância de saída: No datasheet é obtida por yOS. Zo=rd=1/yOS. Uma aproximação

bastante comum é considerar a impedância de saída infinita (circuito aberto).

teconsVD

DSd

GS

I

Vr

tan

Equivalente CA do FET:

Fig. 1 - Equivalente CA do FET.

d. Circuito JFET com polarização fonte comum

A análise é similar à análise CA realizada em amplificadores com TJB. Definem-se

parâmetros como Zi, Zo e Av.

Fig. 2 - Circuito para polarização CC fonte comum.

Na análise CA:

- Os capacitores de acoplamento atuam como curtos-circuitos;

- gm e rd são determinados a partir da polarização CC, datasheet ou da curva

característica;

Page 68: Aula Pratica de Eletronica Basica

68

- Através da teoria da sobreposição VDD = 0 V.

Desse modo:

Fig. 3 - Circuito equivalente CA da polarização 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 impedância de saída é ZO = RD//rd. Se rd for alta (pelo menos

10:1 em relação a RD) pode-se considerar ZORD.

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 tensão de entrada e

saída.

3. Procedimento experimental

1. Seja o circuito da figura 4. Considerando gm igual a 2000 uS, calcule o ganho de tensão

de saída (AV) e impedância de saída (ZO). Anote a resposta na tabela 1.

)//r(Rg -V

dDmi

OV

VA

Page 69: Aula Pratica de Eletronica Basica

69

Fig. 4 – Circuito experimental.

2. Monte o circuito com RL igual a infinito. (Sem RL)

3. Ajuste o gerador de funções para 1 kHz e 0,1 VPP na entrada.

4. Observe o sinal de saída. Ele deve ser uma senóide amplificada. Meça e anote a tensão

de saída pico a pico. Depois calcule o ganho de tensão (Av). Anote a resposta na tabela

1.

5. Insira um potenciômetro como carga variável. Ajuste esta carga até que a tensão na

saída seja metade da tensão sem carga.

6. Desconecte o potenciômetro do circuito e meça sua resistência. Anote este valor como

ZO na tabela 1. Assim, você acaba de encontrar a impedância Thevenin (Zo) pelo método

do casamento de impedâncias.

7. Substitua o MPF102 por um MOSFET do tipo depleção e preencha a última linha da

tabela 1.

8. Repita os passos de 1 a 6 com o novo componente.

Page 70: Aula Pratica de Eletronica Basica

70

Folha de aula Nome(s):______________________________________________________________________

_____________________________________________________________ Data: ___/___/___

a. Resultados experimentais

Tabela 1

FET Calculado Medido

Vsaída Av Zo Vsaída Av Zo

MPF102

MOSFET-D

Espaço para demonstração dos cálculos:

OBS: MPF102

Page 71: Aula Pratica de Eletronica Basica

71

Universidade Federal de Santa Maria

Curso de Engenharia Elétrica

14. MOSFET de intensificação Disciplina de Fundamentos de Eletrônica

1. Objetivos Entender o MOSFET de intensificação.

Fazer a polarização CC do MOSFET.

Fazer modelagem AC e utilizar o circuito como amplificador inversor.

2. Base teórica

a. MOSFET de intensificação tipo N

O MOSFET tipo intensificação é o mais utilizado em circuitos integrados analógicos e

digitais. Na Figura 1 está o MOSFET de intensificação tipo N (NMOS).

Figura 16 - (Boylestad, Nashelsky)

O MOSFET de intensificação possui um canal que é ativado quando a tensão VGS é

maior do que uma tensão de gatilho (trigger): VGS(Th).

Essa tensão VGS(Th) normalmente está entre 0,3V e 5V, de acordo coma aplicação.

Na figura 2 estão as curvas do NMOS para diversos valores de VGS.

Page 72: Aula Pratica de Eletronica Basica

72

Figura 17 – Curva do MOSFET de intensificação para vários valores VGS (Wikipédia)

Na região de saturação (saturation region), a corrente no dreno (ID) comporta-se como

uma parábola para valores de VGS>VGS(Th). Na figura 3 está o gráfico de ID na região de saturação

(Figura 2) do transistor. A equação é dada por (1). O valor de k depende do transistor.

Figura 18 – ID (VGS) para VDS fixo

ID = k ⋅ VGS Q− 𝑉𝐺𝑆 𝑇𝑕

2 (1)

b. Polarização para divisor de tensão

Para fazer a aplicação do transistor para pequenos sinais, é necessário deixar o

transistor em um ponto de polarização.

Page 73: Aula Pratica de Eletronica Basica

73

Como a figura 4, tem-se que 𝑉𝐺 =𝑅2

𝑅1+𝑅2⋅ 𝑉𝐷𝐷 e 𝑉𝑆 = 𝑅𝑆 ⋅ 𝐼𝐷. Assim, 𝑉𝐺𝑆 = 𝑉𝐺 − 𝐼𝐷 𝑅𝑆.

Sabe-se também que 𝑉𝐷𝑆 = 𝑉𝐷𝐷 − 𝐼𝐷(𝑅𝑆 + 𝑅𝐷).

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 equação (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 tensão.

Figura 19

c. Modelagem AC

Transcondutância (gm)

Para fazer a modelagem AC, da mesma forma que o JFET, é necessário saber a

transcondutância do transistor para o ponto de operação quiescente. A equação é:

gm =ΔID

ΔVGS= 2k VGS Q

− 𝑉𝐺𝑆(𝑇𝑕) (2)

Modelo AC

O modelo do transistor NMOS na região de saturação, é dado pela figura 5.

Page 74: Aula Pratica de Eletronica Basica

74

Figura 20 – Modelo AC do transistor NMOS

Na figura 5, rd é a resistência do dreno, que pode ser observada pela declividade das

curvas na região de saturação (figura 2).

Para a polarização por divisor de tensão, adicionam-se os resistores R1, R2 e RD no

circuito de pequenos sinais, como na figura 6.

Figura 21

Assim, os principais parâmetros do circuito são:

𝑍𝑖 = 𝑅1||𝑅2 𝑍𝑜 = 𝑅𝐷||𝑟𝐷 ≅ 𝑅𝐷 𝐴𝑉𝑁𝐿 = −𝑍𝑜 ⋅ 𝑔𝑚

3. Procedimento experimental

a. Polarização do circuito de divisor de tensão

Dado o da figura 7.

Page 75: Aula Pratica de Eletronica Basica

75

Figura 22

A tensão de entrada deve ser em torno de 100mV. Para isso, ajuste a amplitude de

tensão no gerador de funções, com o potenciômetro, no mínimo valor possível.

Depois selecione 20dB de atenuação. Isso faz com que a amplitude do sinal seja

dividida por um fator de 10. A atenuação de 40dB atenua por um fator de 100, enquanto que a

atenuação 60dB (ambos botões pressionados) é um fator de divisão por 1000.

Em seguida, utilizando o osciloscópio, faça medidas da tensão de entrada e da tensão

de saída. Calcule a relação entre as tensões e verifique se os sinais estão ou não defasados.

Faça uma aproximação de quantos graus é a defasagem.

Pinos do MOSFET 2N4351:

Figura 23

Page 76: Aula Pratica de Eletronica Basica

76

Folha de aula Nome(s):______________________________________________________________________

_____________________________________________________________ Data: ___/___/___

1. Para cada valor de tensão da fonte, faça medidas do ganho em

tensão para a configuração dada.

Sendo o ganho em tensão G =Vo/Vin

Tabela 7

Vfonte = 5V Vfonte = 10V Vfonte = 15V

Vin Vo G Vin Vo G Vin Vo G

100mV 100mV 100mV

200mV 200mV 200mV

300mV 300mV 300mV

400mV 400mV 400mV

500mV 500mV 500mV

Questões:

Observando as características da região de saturação e da linear na figura 2, o que se conclui: o

transistor trabalhou na região linear ou de saturação? Por quê?

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

O que se pode dizer sobre o ganho para uma mesma tensão da fonte?

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

Houve saturação do MOSFET? A partir de quais tensões de entrada Vin?

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

Os sinais de entrada e saída estão ou não em fase? Faça uma aproximação para cada valor de

tensão da fonte.

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

Page 77: Aula Pratica de Eletronica Basica

77

Universidade Federal de Santa Maria

Curso de Engenharia Elétrica

15. Influências externas (Rs, Rl e

frequência) num circuito com JFET Disciplina de Fundamentos de Eletrônica

1. Objetivos Perceber como afetam o ganho de um amplificador a JFET uma resistência de sinal

(𝑅𝑠𝑖𝑔 ), uma carga (𝑅𝐿) e a banda de corte devido ao efeito dos capacitores tanto em baixa

como em alta freqüência.

Montar um circuito com JFET em autopolarização e analisar isoladamente as três

influências externas descritas acima.

2. Base teórica

a. Circuito com JFET em autopolarização

Conforme mostrado em aulas práticas anteriores, a

configuração com autopolarização elimina a necessidade

de duas fontes dc. A tensão controladora gate-source é

agora determinada pela tensão através do resistor 𝑅𝑆,

colocado entre a fonte e o terra do circuito, como

mostrado na figura 1.

Será utilizado este circuito, pela sua simplicidade

de compreensão, para mostrar a influência de fatores

externos 𝑅𝑠𝑖𝑔 ,𝑅𝐿 e a frequência em que o sinal será

atenuado. Para a análise AC do circuito da figura 1,

apenas será adicionado um capacitor entre o source e terra para desviar 𝑅𝑆.

b. Influência da impedância da fonte (𝑹𝒔𝒊𝒈) e da carga de saída (𝑹𝑳)

O isolamento que existe entre o gate e o dreno ou source de um amplificador a JFET

assegura que variações em 𝑅𝐿 não afetam o nível de 𝑍𝑖 e variações em 𝑅𝑠𝑖𝑔 não afetam 𝑅𝑜 .

Isso garante as equações abaixo, conforme o a configuração em autopolarização da figura 2

com 𝑅𝑆 desviado.

𝑍𝑖 = 𝑅𝐺

𝑍𝑜 = 𝑅𝐷

A resistência de sinal (𝑅𝑠𝑖𝑔 ) influência no ganho do circuito atuando como divisor de

tensão, reduzindo o sinal que chegará em 𝑉𝑖 . Logo 𝑉𝑖 será dado por:

Figura 1 - Configuração para JFET com autopolarização.

Page 78: Aula Pratica de Eletronica Basica

78

𝑉𝑖 = 𝑉𝑠 .𝑅𝐺

𝑅𝐺+𝑅𝑠𝑖𝑔

A resistência de carga também

reduzirá o ganho de tensão do circuito,

pois este depende diretamente da

impedância de saída, que incluindo a

carga 𝑅𝐿 irá sofrer uma grande

redução. O novo ganho de tensão

considerando a carga será:

𝐴𝑣 = −𝑔𝑚 . 𝑅𝐷||𝑅𝐿

𝑔𝑚 =ΔID

ΔIGS

Conforme o circuito de polarização da aula prática 11, para o transistor JFET MPF102,

temos IDSS = 12mA , VP = −4V e VGS ≅ 2.3, logo:

𝑔𝑚 =2IDSS

VP . 1 −

VGS

VP =

2 × 0.012

4. 1 −

−2.3

−4 = 2,55𝑚𝑆

O ganho de corrente é dado por:

𝐴𝑖 = −𝐴𝑣 .𝑍𝑖𝑅𝐿

A influência de 𝑅𝐿 e 𝑅𝑠𝑖𝑔 em outras configurações utilizando JFET pode ser vista no

quadro 10.1 (Resumo de Configurações a transistor) do livro Dispositivos Eletrônicos e Teoria

de Circuitos, de Boylestad e Nashelsky.

c. Influência da frequência

Determinar a faixa de frequência em que um circuito consegue manter um ganho

estável é muito importante, pois quando se trata de altas ou baixas frequências, o sinal de

entrada pode ser atenuado de forma significativa, ou seja, possui um ganho

consideravelmente menor que numa freqüência de operação normal.

Na figura a segui temos um gráfico de uma banda de passagem, ou seja, faixa de

freqüência em que o ganho do circuito é praticamente constante. A frequência de corte (𝑓1 e

𝑓2) é ocorre quando o sinal de saída sofre um redução de 3 decibéis(db), que são equivalentes

á 30%.

Figura 2 - Amplificador a JFET com 𝐑𝐒 desviado e com 𝐑𝐬𝐢𝐠 e

𝐑𝐋.

Page 79: Aula Pratica de Eletronica Basica

79

d. Determinação da região de corte em baixa frequência (𝒇𝟏).

Para de terminação desta frequencia devemos levar em consideração os três

capacitores utilizados no circuito (𝐶𝐺 , 𝐶𝑆 e 𝐶𝐶). Então calculamos a frequência de corte para

cada um deles. A frequência de corte mais alta é considerada como a região de corte (𝑓1) da

figura 3. Para o cálculo destas frequências seguem as equações a seguir:

𝑓𝐿𝑆 =1

2.𝜋. 𝑅𝑆||1𝑔𝑚

.𝐶𝑆

𝑓𝐿𝐺 =1

2.𝜋. 𝑅𝑠𝑖𝑔 + 𝑅𝐺 .𝐶𝐺

𝑓𝐿𝐶 =1

2.𝜋. 𝑅𝐷 + 𝑅𝐿 .𝐶𝐶

e. Determinação da região de corte em alta frequência (𝒇𝟐).

Para altas frequências ocorre que capacitâncias intereletrodos e de fiação irão

determinar as características dos amplificadores. Os capacitores 𝐶𝑔𝑠 e 𝐶𝑔𝑑 variam,

tipicamente, de 1 até 10pF, enquanto que a capacitância 𝐶𝑑𝑠 é normalmente um pouco menor,

variando de 0.1 até 1pF.

No circuito da figura 4 vemos as capacitâncias consideráveis para altas frequências,

junto com o circuito simplificado. Para determinar a frequência de corte 𝑓2, precisamos

determinar a frequência de corte para 𝑓𝐻𝑖 e 𝑓𝐻𝑜 , sendo que a freqüência mais baixa será

considerada a de corte. As capacitâncias desse circuito são informadas pelo fabricante. A

seguir temos os cálculos para essas frequências.

Figura 3 - Exemplo de resposta de freqüência.

Page 80: Aula Pratica de Eletronica Basica

80

𝑓𝐻𝑖 =1

2.𝜋.𝑅𝑇𝑕1 .𝐶𝑖

𝑅𝑇𝑕1= 𝑅𝑠𝑖𝑔 ||𝑅𝐺

𝐶𝑖 = 𝐶𝑊𝑖+ 𝐶𝑔𝑠 + 𝐶𝑀𝑖

𝐶𝑀𝑖= 1 − 𝐴𝑣 .𝐶𝑔𝑑

𝑓𝐻𝑜 =1

2.𝜋.𝑅𝑇𝑕2 .𝐶𝑜

𝑅𝑇𝑕2= 𝑅𝐷||𝑅𝐿

𝐶𝑜 = 𝐶𝑊𝑜+ 𝐶𝑑𝑠 + 𝐶𝑀𝑜

𝐶𝑀0= 1 −

1

𝐴𝑣 . 𝐶𝑔𝑑

3. Procedimento experimental Calcule o ganho do circuito da figura 5 para os quatro casos a seguir, considerando

𝑔𝑚 = 2,55𝑚𝑆 e 𝐴𝑣 =𝑉𝑠

𝑉𝑜:

a) Sem carga (𝑅𝐿) nem resistência de sinal (𝑅𝑠𝑖𝑔 );

𝐴𝑣 = −𝑔𝑚 . 𝑅𝐷

b) Apenas com 𝑅𝑠𝑖𝑔 ;

𝑉𝑖 = 𝑉𝑠 .𝑅𝐺

𝑅𝐺 + 𝑅𝑠𝑖𝑔

𝐴𝑣 = −𝑔𝑚 . 𝑅𝐷 .𝑅𝐺

𝑅𝐺 + 𝑅𝑠𝑖𝑔

c) Apenas 𝑅𝐿 ;

𝐴𝑣 = −𝑔𝑚 . 𝑅𝐷||𝑅𝐿

d) Com 𝑅𝐿 e 𝑅𝑠𝑖𝑔 .

𝐴𝑣 = −𝑔𝑚 . 𝑅𝐷||𝑅𝐿 .𝑅𝐺

𝑅𝐺 + 𝑅𝑠𝑖𝑔

Monte o circuito da figura 5 e meça o ganho dos quatro casos anteriores para um

sinal de entrada de 0.5 mV de amplitude.

Compare o valor do ganho calculado com o encontrado na prática.

Com 𝑅𝐿 e 𝑅𝑠𝑖𝑔 , tire o capacitor 𝐶𝑆 e meça o ganho.

Figura 4 - Elementos capacitivos que afetam a resposta em altas frequências de um amplificador JFET.

Page 81: Aula Pratica de Eletronica Basica

81

Com 𝑅𝐿 e 𝑅𝑠𝑖𝑔 meça a amplitude do sinal de saída do circuito para 5kHz. Então

aumente e diminua a freqüência até encontrar as freqüências de corte do circuito (𝑓1 e 𝑓2),

sendo estas caracterizadas por uma diminuição de 30% da amplitude do sinal de saída.

Com 𝑅𝐿 e mudando 𝑅𝑠𝑖𝑔 para 4,7kΩ, meça novamente a amplitude do sinal de

saída do circuito para 5kHz. Então aumente e diminua a freqüência até encontrar as

freqüências de corte do circuito (𝑓1 e 𝑓2).

4. Materiais a serem utilizados Capacitores eletrolíticos: 3 x 1µF

Resistores: 47kΩ, 1MΩ, 1kΩ, 2 X 3.3kΩ

Figura 5 - Circuito para ser montado nesta aula prática, incluindo 𝑹𝑳 e 𝑹𝒔𝒊𝒈.

Rd

3.3k

Vs

FREQ = 5kVAMPL = .5 CS

1u

DCi

1u

0 0

Rsig

47kG MPF102

SRg

1000k

0

Co

1u

RL

3.3kRs

1k

0 0

Fonte

15

0

Page 82: Aula Pratica de Eletronica Basica

82

Folha de aula Nome(s):______________________________________________________________________

_____________________________________________________________ Data: ___/___/___

1. Resultados. Na tabela a seguir insira os resultados dos cálculos e das medições realizada para os

quatro casos mensionados anteriormente.

𝑨𝒗 para: Valores calculados Valores medidos

Sem 𝑅𝐿 e 𝑅𝑠𝑖𝑔

Apenas 𝑅𝑠𝑖𝑔

Apenas 𝑅𝐿

Com 𝑅𝐿 e 𝑅𝑠𝑖𝑔

𝐴𝑣 sem o capacitor 𝐶𝑆:______.

Na tabela a seguir insira as frequências de corte encontradas na prática.

𝑅𝑠𝑖𝑔 = 47kΩ 𝑅𝑠𝑖𝑔 = 4,7kΩ

𝑓1 (corte em baixa freq.)

𝑓2(corte em alta freq.)

1. O que ocorre com o ganho de tensão quando adicionamos uma resistência de sinal ao

circuito? Justifique.

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

2. O que ocorre com o ganho de tensão quando adicionamos uma carga ao circuito?

Justifique.

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

3. Explique o que é banda passante de frequência:

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________


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