Escola Politécnica - USP

PSI 2325 Laboratório de Eletrônica IExp 4: Polarização de Transistores JFET

Equipe: -

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Turma:

Profs: --

Data de Realização do Experimento: Nota:

Bancada:

2002

B–66 Laboratório de Eletrônica I – Exp. 4

1. Introdução

O experimento Transistor TECJ, tem como principais objetivos:

• desenver projetos utilizando este componente, comparando os resultados dametodologia destes projetos com os resultados práticos.

• coleta de dados através de curvas características.• verificar experimentalmente o funcionamento do TECJ.• verificar as diferenças entre os projetos onde são realizadas aproximações

matemáticas, os modelos computacionais e as montagens. Introduzir a noção deconfiabilidade para os modelos teóricos e de simulação face ao observado naprática.

2. Projeto (a ser realizado ANTES da aula experimental)

Atenção: Anexe a este relatório uma cópia das curvas características do BF245C

Atenção: Utilize resistores da série E12 (10 12 15 18 22 27 33 39 47 56 68 82)acrescidos dos resistores 910Ω , 1,3kΩ e resistores acima de 1MΩ da série E24.

2.1 A partir da equação 2 da apostila, reproduzida abaixo, deduza a expressão de gm.Note que: gm=δID/δVGS.

ID = IDSS 1−

VGS

VP

2

( eq. 2 )

Exp. 4 – Polarização de Transistores de Efeito de Campo (FET) B–67

2.2 Projetar um amplificador tipo fonte seguidora como na figura 1, utilizando paraisto a fórmula de gm do item 2.1, seguindo as especificações abaixo (utilize ascurvas características do BF245C). Recalcular as tensões e correntes solicitadaspara os valores nominais dos resistores. Coloque esses valores na tabela 4.1. (Nãoesqueça de colocar os valores de IDSS, VP e gm esperados).

Especificações:

Fonte deAlimentação:

12 V

Ganho CA freq.Médias:

0,8

Impedância de Ent.(R1//R2):

1 MΩ

Transistor: BF 245CResistores: Série E12Corrente Quiescentede Dreno:

ID=3,5 mA

Figura 1: Circuito de um AmplificadorFonte Seguidora.

ValoresEsperados

R1 R2 RS VDS VGS VRS ID

Cálculo Inicial

Nominal

B–68 Laboratório de Eletrônica I – Exp. 4

2.2.0 Para um Ve = 100mV, calcule o valor esperado de Av e Vs. Preencha a tab. 4.1.

2.2.1 Utilizando a curva característica ID x VDS do BF245C abaixo, desenhe a reta decarga e o ponto de operação. Prever o máximo valor da excursão de saída (em relaçãoao PQ), e discutir se nesta situação ocorre distorção apreciável do sinal amplificado.

Exp. 4 – Polarização de Transistores de Efeito de Campo (FET) B–69

2.2.2 Calcular as impedâncias de entrada e saída em frequências médias. Preenchaa tabela 4.1.

ZE ZS

2.2.3 Simule o circuito projetado (com valores nominais) no Pspice Eval6.3A, obtendo oponto quiescente de polarização, para assim preencher os dados solicitados na tabela4.1, e trace também o gráfico VS x VE, especificando nele o ponto quiescente depolarização e os limites Eg1 (onde o amplificador deixa de ser linear - é um valor atécerto ponto subjetivo) e Eg2 (onde o amplificador satura). Anexe o diagramaesquemático e a curva VS x VE .

Eg1

–Eg1–Eg2

Eg2

Vs

Ve

B–70 Laboratório de Eletrônica I – Exp. 4

2.3 Projetar um amplificador tipo fonte seguidora com fonte de corrente comoindicado na figura 2, seguindo as especificações abaixo. Recalcular as tensões ecorrentes solicitadas para os valores nominais dos resistores. (use o versos senecessário). Coloque esses valores na tabela 4.1.

Especificações:

Fonte deAlimentação:

12V

Ganho CA freq.Médias:

Qual o ganhoesperado?

Impedância de Ent.(R1//R2):

500KΩ

Transistor: BF254CResistores: Série E12Corrente Quiescentede Dreno:

ID= 3,5 mA

Tensão Coletor-Emissor:

VCE = 2V

Corrente do Zener Iz=54mATensão de Zener: Vz = 3,9V

Ve

Figura 2: Circuito Amplificador comFonte de Corrente Constante

ValoresEsperados

R1 R2 RE R3 VDS VGS VCE VRE ID

CálculoInicial

Nominal

Exp. 4 – Polarização de Transistores de Efeito de Campo (FET) B–71

2.3.0 Para um Ve = 100mV, calcule o valor esperado de Av e Vs. Preencha a tab. 4.1.

2.3.1 Utilizando a curva característica ID x VDS do BF245C abaixo, desenhe a reta decarga e o ponto de operação. Prever o máximo valor da excursão de saída. O valorresultante da excursão é maior ou menor que aquele obtido no item 2.2.1 para oamplificador tipo fonte seguidora sem fonte de corrente? Por quê?

B–72 Laboratório de Eletrônica I – Exp. 4

2.3.2 Calcular as impedâncias de entrada e saída em frequências médias.

ZE ZS

2.3.3 Simule o circuito projetado ( com valores nominais) no Pspice Eval6.3A, obtendo oponto quiescente de polarização, para assim preencher os dados solicitados na tabela4.1, e trace também o gráfico VS x VE, especificando nele o ponto quiescente depolarização e os limites Eg1 e Eg2 (definidos no item 2.2.3). Anexe o diagramaesquemático e a curva VS x VE .

Sugestões Para Simulação: Ler a apostila teórica e o Exercício com Spice, deCircuitos Eletricos II - PSI 312.

Exp. 4 – Polarização de Transistores de Efeito de Campo (FET) B–73

3. Procedimento Experimental

3.1 Análise dos parâmetros experimentais do TECJ

Atenção: este item pode ser feito ao longo do experimento. Vá fazendo ositens subsequentes, aguardando até o traçador de curvas estar livre.

3.1.1 Utilizando o traçador de curvas, obtenha a curva IDS(ma)xVDS(V) de acordocom as instruções disponíveis no próprio traçador. Obtenha os valores reais de IDSS,Vp e gm (ID=3.5mA) para o seu transistor. Anexe as curvas obtidas a seguir.

IDSS Vp gm

3.1.2 A partir das curvas do item anterior, monte uma tabela que permita obter acurva IDS(ma)xVGS(V). Utilizando o programa PLOTE, obtenha esta curva. Ainda noprograma PLOTE, verifique qual das expressões abaixo (apresentadas na apostila)de IDSxVGS melhor se ajusta à curva experimental. Discuta o resultado obtido. Asexpressões apresentadas de IDSxVGS são:

Tabela ____________ VDS = ______

ID = IDSS 1−

VGS

VP

2

( eq. 2 ) e

ID = IDSS 1− 3VGS

VP

+ 2

VGS

VP

3 / 2

( eq. 1 )

3.1.3 Compare os valores típicos de IDS, VP e gm (ID=3.5mA) empregados no projetocom os valores experimentais obtidos.

B–74 Laboratório de Eletrônica I – Exp. 4

3.2 Amplificador tipo Fonte Seguidora sem Fonte de Corrente

3.2.1 Selecionar os componentes necessários e anotar seus valores nominais,preenchendo a tabela 4.1.

3.2.2 Utilizando a placa para montagem (figura 3), montar o amplificador tipo fonteseguidora projetado no item 2.2. (figura 1). Note a existência de um capacitor C (=10nF) que tem por finalidade desviar ruídos de altas freqüências da porta (G) para afonte de alimentação.

OBS: Não colocar o resistor R3.Colocar o estrape.Coloque o resistor RS no local apropriado da placa.

Figura 3: a) Circuito a ser montado; b) Circuito da Placa de Montagem

3.2.3 Medir com o multímetro as tensões pertinentes, calculando a corrente ID, epreenchendo com estes a tabela 4.1. Cuidado para utilizar o multímetro comimpedância maior que 1 GΩ. Qual a razão para se tomar esse cuidado?

3.2.4 Conectar a entrada do circuito da figura 1 o gerador senoidal na frequência de1KHz, com amplitude VE=100mVpp. Meça VS, calcule o ganho de tensão e preenchaa tabela 4.1 (VE, VS e Av). Note que neste caso RL = ∞ .

Obs.: Em geral, o AUTOSETUP não vai funcionar e você deve fazer o ajuste doosciloscópio manualmente. Eventualmente utilize o sincronismo externo.

Exp. 4 – Polarização de Transistores de Efeito de Campo (FET) B–75

3.2.5 Medir indiretamente a Impedância de Saída do Circuito (ZS). Para isto, deve-seconectar a caixa de resistências à saída do circuito e variar a resistência até que ovalor da tensão VS seja metade do valor em aberto medido no item 3.2.4. Nestasituação o valor indicado na caixa será a impedância do circuito. Explique porque.Anote o valor da impedância de saída na tabela 4.1.

3.2.6 Meça a curva de transferência VS x VE com o osciloscópio. Para isto siga oprocedimento abaixo:

1. Se estiver usando sincronismo externo, desconecte o cabo (esteprocedimento é necessário devido a um problema do osciloscópio quandono modo XY);

2. Mude o disparo (trigger) para canal 1 (CH1), modo NORMAL (não AVERAGE);3. Mude o osciloscópio para o modo XY;4. Posicione o ponto de referência (0,0) no centro da tela do osciloscópio;5. Coloque os Canais 1 e 2 no modo DC (medindo VE;e VS respectivamente)

Inicie com VE de 100 mVpp e vá aumentando progressivamente seu valor atéque o gráfico mostrado deixe de ser uma reta. Neste ponto começam asdistorções. Anote o valor desta tensão em EG1, da tabela 4.1

Continue aumentando o valor da tensão, até que se atinja os limites desaturação do componente, anote o valor desta tensão em EG2 da tabela 4.1.

3.2.7 Imprimir para uma tensão maior que EG2, a curva mostrada pelo osciloscópioindicando EG1 e EG2 .

B–76 Laboratório de Eletrônica I – Exp. 4

3.3 Amplificador Fonte Seguidora com Fonte de Corrente

3.3.1 Selecionar os componentes necessários e anotar seus valores nominais,preenchendo a tabela 4.1.

3.3.2 Utilizando a placa para montagem (figura 4), monte o amplificador seguidor comfonte de corrente constante projetado no item 2.3. (figura 2)

OBS: Não esqueça de retirar o estrape e de colocar o resistor RE no lugar de RS.

Figura 4: Circuito da Placa de Montagem

Repita os itens 3.2.3 a 3.2.7 para este circuito:

3.3.3 Medir com o multímetro as tensões pertinentes, calculando a corrente ID, epreenchendo com estes a tabela 4.1. Certifique-se que a impedância de entrada domultímetro é adequada.

3.3.4 Conectar a entrada do circuito da figura 1 o gerador senoidal na frequência de1KHz, com amplitude VE=100mVpp. Meça VS, calcule o ganho de tensão e preenchaa tabela 4.1 (VE, VS e Av). Note que neste caso RL = ∞ . Certifique-se que aimpedância de entrada do multímetro é adequada.

Exp. 4 – Polarização de Transistores de Efeito de Campo (FET) B–77

3.3.5 Medir indiretamente a Impedância de Saída do Circuito (ZS). Para isto, deve-seconectar a caixa de resistências à saída do circuito e variar a resistência até que ovalor da tensão VS seja metade do valor em aberto medido no item 3.2.4. Nestasituação o valor indicado na caixa será a impedância do circuito. Explique porque.Anote o valor da impedância de saída na tabela 4.1.

3.3.6 Meça a curva de transferência VS x VE com o osciloscópio. Para isto siga oprocedimento abaixo:

1. Se estiver utilizando o sincronismo externo, desconecte-o.2. Mude o disparo (trigger) para canal 1 (CH1), modo NORMAL (não AVERAGE);3. Mude o osciloscópio para o modo XY;4. Posicione o ponto de referência (0,0) no centro da tela do osciloscópio;5. Coloque os Canais 1 e 2 no modo DC (medindo VE;e VS respectivamente)

Inicie com VE de 100 mVpp e vá aumentando progressivamente seu valor atéque o gráfico mostrado deixe de ser uma reta. Neste ponto começam asdistorções. Anote o valor desta tensão em EG1, da tabela 4.1

Continue aumentando o valor da tensão, até que se atinja os limites desaturação do componente, anote o valor desta tensão em EG2 da tabela 4.1.

3.3.7 Imprimir para uma tensão maior que EG2, a curva mostrada pelo osciloscópioindicando EG1 e EG2 .

B–78 Laboratório de Eletrônica I – Exp. 4

4. Análise de Dados

Item 4.1:

Tabela 4.1

Fonte Seguidora sem Fonte de Corrente

Fonte Seguidora comFonte de Corrente

Valor Cálculo Inicial Nominal Experimental Cálculo Inicial Nominal Experimental

IDSS

VP

gm

R1

R2

RE --- --- ---RS --- --- ---R3 --- --- ---

Valor Esperado Simulado Medido Desvio Esperado Simulado Medido Desvio

VDD

VR1

VR2

VDS

VGS

VRS --- --- --- ---VCE --- --- --- ---VRE --- --- --- ---IDVE 100mV 100mV 100mV 100mVVS

AvZE --- --- --- ---ZS --- ---EG1

EG2

OBS: Desvio = Simulado - Medido

Simulado× 100%

Exp. 4 – Polarização de Transistores de Efeito de Campo (FET) B–79

4.2 Faça uma comparação qualitativa entre os dois tipos de montagens destacandovantagens e desvantagens de ambas montagens.

4. Conclusões