PSI-2325-Laboratório de Eletrônica I. Polarização de Transistores Bipolares. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo

Transcrição

1 PSI-2325-Laboratório de Eletrônica I Polarização de Transistores Bipolares Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Departamento de Engenharia de Sistemas Eletrônicos Roteiro da Aula Objetivo do Experimento Apresentação Teórica Dicas Experimentais Projeto Indicação de Bibliografia

2 Objetivo Familiarização Experimental com o projeto de circuitos eletrônicos Objetivo específico: estabelecer as condições de operação de dispositivos ativos Um Bom Projeto Resulta em circuitos com características PREVISÍVEIS e com pequena dispersão para grandes variações de parâmetros ESTÁVEIS com variações de temperatura e envelhecimento

3 Relação entre os Experimentos 3 e 4 Os experimentos tratam de tipos distintos de dispositivos ativos a semicondutor, porém tratam essencialmente do problema do estabelecimento do ponto de polarização (condições de operação) de dispositivos ativos que, no fundo, operam como AMPLIFICADORES DE SINAL. Em suma Embora haja diferenças devido ao fato de que os dispositivos ativos empregam princípios físicos distintos, os princípios que norteiam um bom projeto de eletrônica são os mesmos. Isso é assim desde que a válvula eletrônica foi inventada, e deve permanecer assim para o futuro!

4 Transistor Bipolar Que é um transistor bipolar? um dispositivo ativo em que uma CORRENTE CONTROLA outra CORRENTE um AMPLIFICADOR DA POTÊNCIA associada a um sinal

5 Parâmetros Importantes Tensão de Ruptura de Coletor: máxima tensão reversa aplicável na junção coletor-base Ic máx: corrente máxima de coletor P máx: dissipação máxima de potência β: ganho de corrente V be : tensão emissor-base outros: tensão de ruptura de base, etc. Modelo Simples (DC! Não para pequenos sinais!)

6 Regiões de Operação Polarização I B Constante

7 Polarização I B Constante Problema: I C = βi B, e β não é estável!!! Sensibilidade da montagem I B Constante

8 Polarização I E Constante Polarização I E Constante implementação prática

9 Sensibilidade da montagem I E Constante Comparando I B constante x I E constante

10 Procedimento para Projeto de Circuitos de Polarização Em ambos os casos (I B constante e I E constante), fazer V CEQ igual a aproximadamente metade de V CC Procedimento para Ante-Projeto de Circuitos de Polarização I B constante: determinar os valores de R B e R C escolher I C e R C tais que o produto seja metade de V CC (POR QUÊ?) O valor de I C, que é βi B, permite calcular I B Com o valor de I B, calcula-se R B

11 Procedimento para Ante-Projeto de Circuitos de Polarização I E constante: determinar os valores de R B1, R B2, R E e R C escolher I C e R C tais que o produto seja da ordem de 60% de V CC (POR QUÊ?) O valor de I C I E, calcular R E para que a tensão do emissor seja 10% de V CC (POR QUÊ?) Com o valor de V E, calcula-se R B1 e R B2 Refinamento do Projeto do Circuito de Polarização Feito o ante-projeto, refinamos o projeto calculando as sensibilidades usando modelos matemáticos mais exatos simulando o circuito fazendo os ajustes que forem necessários.

12 REPETINDO: Um Bom Projeto Resulta em circuitos com características PREVISÍVEIS e com pequena dispersão para grandes variações de parâmetros ESTÁVEIS com variações de temperatura e envelhecimento Dicas de Projeto LEMBRE-SE: o projeto tem que estar de acordo com a lista de componentes disponíveis

13 INTERMISSION!!! Agora, os alunos devem fazer o projeto Objetivo da simulação Nesta aula, as simulações servem para complementar o projeto manual. No projeto manual você ganha o sentimento de causa e efeito e realiza a síntese do circuito a partir de especificações de projeto. Nele você escolhe a configuração do circuito e os valores básicos dos componentes. Na simulação, se o modelo dos componentes é correto, você pode determinar com precisão os valores das grandezas importantes para o circuito previamente determinado. Ou seja, para um circuito com componentes especificados, voce é capaz de dizer com precisão qual será seu desempenho, e qual será seu comportamento sob variações das condições de operação (temperatura, etc.)

14 Onde e como fazer a simulação Na sala pró-aluno está disponível o programa PSPICE v.9.1, o mesmo que já usaram na disciplina Circuitos Elétricos Deve ser usada a biblioteca de componentes do Laboratório de Eletrônica Análise de Monte-Carlo Os produtos eletrônicos mostram dispersão de características. A simulação de Monte-Carlo visa determinar como a dispersão estatística de valores dos componentes afeta o desempenho do circuito. Permite, por exemplo, ver se por acaso uma combinação infeliz de componentes não pode levar a um funcionamento catastrófico). Para esta simulação, é obviamente necessário definir as características de dispersão de valores de cada componente. No PSPICE, os modelos dos componentes embutem tolerancias (não esquecer de DEFINIR ESSAS TOLERÂNCIAS antes de fazer a simulação)

15 Análise de Monte-Carlo da Corrente de Coletor Vamos usar o método Monte-Carlo para verificar o comportamento de I C A corrente de coletor é a variavel DC mais importante porque as características dinâmicas do circuito dependem dela. Por exemplo, o ganho de pequenos sinais, a resposta em freqüência, etc. Bibliografia 1. J. Millman. e C. C. Halkias, Eletrônica. Mc Graw Hill, 1981, volume I. Getreu, Modeling the Bipolar Transistor. Tektronix Inc., Schematic capture user s guide: version 6.3. MicroSim Corp., Irvine, P. W. Tuinenga, SPICE: a guide to circuit simulation and analysis using Pspice. Englewood Cliffs, Pentice-Hall,