Prof. Dr. Alceu Ferreira Alves

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1 UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA JÚLIO DE MESQUITA FILHO Campus Universitário de Bauru FACULDADE DE ENGENHARIA Prof. Dr. Alceu Ferreira Alves 2013

2 LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA I PROGRAMAÇÃO DE AULAS 2º SEMESTRE 2013 Horários das Aulas Turma 2313EE21 Terças-feiras 14h00 Lab 33 Prof. Alceu Turma 2313EE22 Terças-feiras 16h00 Lab 33 Prof. Alceu Turma 2313EE23 Terças-feiras 19h00 Lab 33 Prof. Fernando Turma 2313EE24 Terças-feiras 21h00 Lab 33 Prof. Fernando Semana Data 01 30/ / /08 Atividades Programadas (conforme Calendário Escolar aprovado pela Congregação) Apresentação do Programa, Critérios de Avaliação, Informações Gerais (esta aula não será válida para efeito de avaliação) Prática 1 Resumo das Técnicas de Manuseio dos Instrumentos de Medidas Eletrônicas, Práticas de Uso da Instrumentação, Apresentação dos Equipamentos do Curso, Teoria do Osciloscópio Prática 2 Características do Diodo de Junção e Circuito Retificador de Meia Onda 04 20/08 Prática 3 Circuitos com Diodos Retificadores (1ª parte) 05 27/08 Prática 4 Circuitos com Diodos Retificadores (2ª parte) 06 03/09 Prática 5 Circuitos Multiplicadores e Limitadores 07 10/09 Prática 6 Regulador a Diodo Zener 08 17/09 Atividades referentes à Semana da Engenharia 09 24/09 Prova de Laboratório PL1 frequência e matéria relativas às práticas de 1 a 6 Prova Prática 10 01/10 Prática 7 Características do Transistor Bipolar 11 08/10 Prática 8 Amplificador Transistorizado Básico 12 15/10 Prática 9 Características do Transistor JFET 13 22/10 Prática 10 Circuito Amplificador com JFET 14 29/10 Prática 11 Características do Transistor MOSFET 15 05/11 Prática 12 Circuito Amplificador com MOSFET 16 12/ / /11 Prática Substitutiva aos alunos que deixaram de fazer alguma das aulas práticas, sem justificativa Prova de Laboratório PL2 frequência e matéria relativas às práticas de 7 a 12 Prova Prática Prova de Laboratório PL3 matéria relativa a todo o conteúdo ministrado no semestre Prova Prática 03/12 Aula de Recuperação Lab. 33 horário a combinar 11/12 Prova de Recuperação Lab. 33 horário a combinar Laboratório de Eletrônica I Prof. Alceu Ferreira Alves 2013 página i

3 Critério de Avaliação: 1) Não há relatórios semanais. 2) Haverá 02 (duas) provas (PL1 e PL2), práticas, individuais, obrigatórias, constando também de questões teóricas, com duração máxima de 01 (uma) hora, nas datas especificadas na programação. 3) As notas das provas PL1 e PL2 serão ponderadas pela freqüência do aluno nas aulas de laboratório que antecederam às mesmas, dando origem às notas P1 e P2: P1 = a * PL1 e P2 = b * PL2, sendo a e b os pesos respectivos das notas de provas PL1 e PL2, calculados pela expressão: nº de presenças nº de aulas dadas Caso MP = (P1 P2) / 2 seja >= 5,0, esta nota passa a ser a Média Final (MF) e o aluno está aprovado por nota; Caso MP < 5,0, a P3 é obrigatória, englobando toda a matéria lecionada no semestre, e a média final (MF) é recalculada como segue: MF = (P1 P2 2*P3) / 4 Neste caso, a média final deverá ser igual ou superior à 5,0 para aprovação. 4) Controle de Frequência: haverá chamada todas as aulas. Para aprovação: frequência >= 70% INSTRUÇÕES GERAIS Aulas práticas com 01 (um) ou 02 (dois) alunos por bancada; os alunos podem e devem discutir os procedimentos e resultados com os colegas e o professor, mas é preciso entender os objetivos da experiência e tirar suas conclusões individualmente; Horário de início das aulas será rigorosamente cumprido; É imprescindível o uso da apostila (edição 2013, em branco) para realização dos experimentos, sem a qual o aluno poderá ser impedido de fazer a prática; O atraso máximo permitido aos alunos será 10 minutos; após esta tolerância, o aluno poderá entrar na sala e fazer a prática, mas ficará com registro de falta na aula, podendo substituir até uma aula sem justificativa; Ao terminar de fazer a prática e colher seus dados experimentais, o aluno poderá ir embora, após organizar todo o material utilizado; Controle de Frequência: chamada todas as aulas O descumprimento das Normas de Utilização será julgado pelo professor, que poderá, a seu critério, aplicar um redutor no coeficiente de presença na aula de 0 a 100% (marcar falta), o que alterará a ponderação do cálculo da média de laboratório. Laboratório de Eletrônica I Prof. Alceu Ferreira Alves 2013 página ii

4 NORMAS DE UTILIZAÇÃO DO LABORATÓRIO DIDÁTICO 1) Cada aluno deverá informar ao professor da disciplina qual será a sua bancada de trabalho durante todo o semestre e ficará responsável pela conservação da mesma (mesa, equipamentos, bancos, etc.); 2) Ao iniciar a aula, o aluno deverá informar ao professor qualquer problema verificado com sua bancada; 3) Ao terminar a aula, o aluno deverá deixar sua bancada em perfeita ordem, observando: a) Os bancos deverão ser colocados sob as mesas; b) As mesas deverão estar limpas, sem resíduos de borrachas, restos de papel, copos descartáveis, etc.; c) Os equipamentos deverão estar desligados e em ordem para o aluno que for utilizar a bancada em seguida: O osciloscópio com os 2 canais calibrados, em DC, foco ajustado, trigger em AUTO, base de tempo calibrada; Multímetro em DC VOLTS, escala de 20V; Gerador com DC offset fechado, freqüência em 1kHz, onda senoidal, amplitude baixa e atenuador em 0dB; MB-U com as fontes PS-1 e PS-2 zeradas. 4) As placas, cabos, fios, alicates e componentes eletrônicos deverão ser colocados onde foram encontrados, e os fios usados em protoboard devem ser devolvidos em ordem; 5) Defeitos constatados em componentes, cabos ou equipamentos deverão ser comunicados ao professor para que sejam tomadas providências no sentido de efetuar-se a manutenção adequada; 6) A tensões utilizadas durante as aulas são geralmente baixas, mas lembre-se que tensões acima de 50V podem matar; portanto, preste bastante atenção no circuito que está montando e só ligue após ter absoluta certeza do que está fazendo. PENSE PRIMEIRO, FAÇA DEPOIS! Não é permitido fumar, comer ou beber dentro do Laboratório Didático. Laboratório de Eletrônica I Prof. Alceu Ferreira Alves 2013 página iii

5 INFORMAÇÕES GERAIS A MODO DE EXPERIÊNCIA Antes de dar início a cada sessão de laboratório, o aluno deve preparar o PU-2000 para operação, seguindo os passos descritos abaixo: PASSO PRESSIONE VISOR COMENTÁRIOS 1 PC1 Primeira parte do código da placa Entre com os 3 primeiro dígitos do código da placa 3 * PC2 Segunda parte do código da placa Entre com os 3 últimos dígitos do código da placa 5 * EB-111 Confirmação da placa a ser utilizada, piscando EB-111 alternadamente 6 * Id1 Entre com os 3 primeiros dígitos do número de matrícula (000) 7 (número) (número) Três primeiros dígitos 8 * Id2 Entre com os 3 dígitos seguintes do número de matrícula 9 (número) (número) Três dígitos seguintes 10 * Id3 Entre com os 3 últimos dígitos do número de matrícula 11 (número) (número) Três últimos dígitos 12 * Fn Seleção de Função 13 1 Fn1 Seleção de Função ( 1 indica Modo de Experiência) 14 * E.00 Indicador de Experiência no valor inicial 15 * E.01 Incremente o Indicador de Experiências Obs: O indicador de experiências pode ser incrementado digitando-se " " e decrementado digitandose "0"; vá até o monitor do professor e confirme se seu cadastro está correto e se sua sessão foi inicializada. B MODO DE PRÁTICA Para dar início ao modo de prática, o aluno deve seguir os passos descritos abaixo: PASSO PRESSIONE VISOR COMENTÁRIOS 1 # "1" Termina o Modo de Experiência 2 2 "2" Selecione uma nova função 3 * Fn Seleção de Função 4 2 Fn2 Selecione o Modo de Prática 5 * P.00 Você está no Modo de Prática 6 "X" P.0"X" Selecione o código de falha. Um "X" pisca por um curto período de tempo indicando que uma falha foi selecionada Laboratório de Eletrônica I Prof. Alceu Ferreira Alves 2013 página iv

6 C RETORNO AO MODO DE EXPERIÊNCIA Para voltar ao modo de experiência, siga os passos descritos abaixo: PASSO PRESSIONE VISOR COMENTÁRIOS 1 * Fn Seleção de Função 2 1 Fn1 Retorno ao modo de Experiência 3 * E.0"X" Indicador do número da última experiência selecionada 4 * E.0"X"1 Incrementa-se o contador de experiência D - PARA ENCERRAR A SESSÃO DE LABORATÓRIO Para encerrar a sessão de laboratório, siga os passos descritos abaixo: PASSO PRESSIONE VISOR COMENTÁRIOS 1 # "1" Termina o Modo de Experiências 2 3 "3" Modo de Finalização 3 * PCI Encerra a sessão Laboratório de Eletrônica I Prof. Alceu Ferreira Alves 2013 página v

7 CARACTERÍSTICAS DO DIODO DE JUNÇÃO E CIRCUITO RETIFICADOR DE MEIA ONDA 1.0 OBJETIVOS Após completar estas atividades de laboratório, você deverá ser capaz de: 1. Medir a tensão e a corrente do diodo quando em polarização direta. 2. Medir a tensão e a corrente do diodo quando em polarização reversa. 3. Traçar a curva característica de um diodo. 4. Determinar a resistência dinâmica de um diodo. 5. Determinar o modelo de um diodo em polarização reversa. 6. Verificar o funcionamento do diodo de junção como retificador de meia onda. 7. Medir a tensão de barreira de potencial do diodo utilizado. 8. Observar a curva característica de transferência de um diodo no osciloscópio. 2.0 DISCUSSÃO Os diodos semicondutores podem ser polarizados diretamente ou reversamente. Idealmente pode-se considerar que um diodo polarizado diretamente age como um curto-circuito e quando reversamente polarizado age como um circuito aberto. Em circuitos reais ("práticos") os diodos apresentam valores de resistência direta que dependem da tensão e da corrente CC no diodo. O diodo é um dispositivo não-linear e suas características elétricas são representadas por uma curva característica V-I. Algumas vezes, utiliza-se uma tensão de polarização CC superposta ao sinal CA que deseja-se aplicar ao diodo; a resistência equivalente do diodo para o intervalo de operação CA é chamada de resistência dinâmica, sendo representada pelo inverso da inclinação da curva característica no ponto desejado. Os diodos podem ser usados em circuitos para transformar tensão e corrente alternadas em tensão e corrente contínuas. O circuito mais simples que pode ser utilizado para esta finalidade é o circuito retificador de meia onda. As diferenças de tensão entre as ondas de entrada e saída são decorrentes da tensão de barreira de potencial do semicondutor, a qual precisa ser vencida para o diodo conduzir. As freqüências dos sinais de entrada e saída não são alteradas pelo circuito retificador de meia onda. 3.0 PROCEDIMENTO POLARIZAÇÃO DIRETA 1. Coloque a placa EB-111 nas guias do bastidor e encaixe o conector. 2. Localize o circuito que contém o diodo D1 (Fig. 1) na placa de circuito impresso. 3. Conecte o miliamperímetro para medir a corrente direta no diodo e o canal 1 do osciloscópio para medir a tensão direta no diodo. Use a escala de sensibilidade vertical de 0.1 Volt/divisão e centralize o traço horizontal na referência inferior do osciloscópio para começar as medições. 4. Ligue o sistema e execute o procedimento de inicialização conforme descrito na página de Informações Gerais. 5. Ajuste a fonte de alimentação PS-1 até obter uma tensão direta sobre o diodo de 0.1V. 6. Digite " " para mudar o indicador de experiência para 2. Meça a corrente do circuito e anote, completando a tabela com todos os valores da Fig. 2. OBS: Ao mudar a escala do amperímetro, reajustar PS-1, porque a resistência interna do aparelho altera o ajuste feito anteriormente. página 1

8 _ A R1 D1 R2 PS-1 _ osciloscópio PS-2 Fig. 1 - Circuito de Polarização Direta Vdireta (V) Idireta (ma) Fig. 2 - Medidas de Corrente no Diodo 7. Trace um gráfico com os valores obtidos, tendo a corrente direta no eixo vertical e a tensão direta no eixo horizontal. I (ma) F V (V) F Fig. 3 - Característica V-I do Diodo página 2

9 8. A partir do gráfico obtido, calcule as resistências dinâmicas do diodo nos pontos de Vf=0.5V (intervalo Vf=0.1V Vf1=0.45V e Vf2=0.55V) e Vf=0.65V (intervalo Vf=0.1V Vf1=0.60V e Vf2=0.70V). Anote os cálculos realizados e os resultados obtidos. Discuta com os colegas e o professor. POLARIZAÇÃO REVERSA 9. Digite " " para mudar o indicador de experiência para 3. Monte o circuito da Fig. 4. Desconecte o osciloscópio do circuito. _ A R1 D1 R2 PS-1 PS-2 _ osciloscópio Fig. 4 - Circuito de Polarização Reversa 10. Ajuste a tensão da fonte inicialmente para zero, através do potenciômetro de PS-2. A medida de tensão é nos bornes do sistema principal porque não há ponto de prova no circuito 11. Meça a corrente no circuito para as várias tensões da fonte indicadas e anote os resultados na tabela da Fig. 5 (modo experimental). 12. Ao terminar, retorne PS-2 para zero volt. PS-2 [V] Corrente Reversa [µa] Fig. 5 - Medidas de Corrente Reversa no Modo Experimental Discuta com os colegas e o professor os seus resultados. São coerentes com o esperado? MODO DE PRÁTICA 13. Digite " " para mudar o indicador de experiência para 4. Introduza o modo de prática conforme descrito na folha de Informações Gerais - Parte B, e selecione o código de falha número 4. (X=4). 14. Repita as medições de corrente reversa e registre os resultados na tabela da Fig Compare os valores do modo prática com os valores do modo experimental e tente concluir porque a corrente não é zero, se foi acrescentado algum componente ao circuito, ou se o diodo está em falha. página 3

10 PS-2 [V] Corrente Reversa [µa] Fig. 6 - Medidas de Corrente Reversa no Modo de Prática 16. Siga as instruções da folha de Informações Gerais e retorne ao modo de experiência. RETIFICAÇÃO DA ONDA SENOIDAL 17. Digite " " até mudar o indicador de experiências para Localize o circuito que contém o diodo D2 (Fig. 7). Este circuito encontra-se na porção central superior da placa de circuito impresso. 19. Ligue o gerador de sinais ao osciloscópio e, antes de conectá-lo ao circuito, ajuste sua saída para um sinal de 4V pico a pico (4 Vpp ), com freqüência de 500Hz, forma de onda senoidal e com off-set igual a zero. 20. Conecte o gerador de sinais aos terminais de entrada (Vin) do circuito retificador de meia onda. osciloscópio Vin ~ D2 R3 osciloscópio CANAL 01 CANAL 02 Fig. 7 Circuito Retificador de Meia Onda 21. Conecte o osciloscópio ao circuito de modo que o canal 2 monitore a saída (tensão sobre a carga R3) e o canal 1 monitore a entrada (tensão do gerador). Ambos os canais deverão estar no modo DC. 22. Ajuste as escalas de sensibilidade vertical do osciloscópio para 0.5V/div (ambos os canais) e a varredura horizontal para 0.2ms/div. 23. Digite " " para mudar o indicador de experiências para Observe os sinais nos dois canais do osciloscópio e esboce-os na Fig. 8. Há alguma diferença mensurável entre um diodo ideal e este diodo? Qual é esta diferença? Qual o seu significado? página 4

11 Canal 1 - V in (gerador) escala vertical: V/div Canal 2 - V R3 escala vertical: V/div escala horizontal: ms/div Fig. 8 Retificação da Onda Senoidal CURVA DE TRANSFERÊNCIA SENOIDAL 25. Ajuste o osciloscópio na modalidade X-Y (Vin=X e VR3=Y) de modo a obter a curva de transferência VR3 = f(vin). Plote a curva de transferência para valores de entrada entre -2V e 2V na Fig. 9. Obs: Selecione para exibição apenas o canal 2 (CH2), e diminua a intensidade do traço. Colocar os 2 canais em GND e centrar o ponto na tela, para poder anotar os valores medidos. 2 VR3 [V] Vin [V] -1-2 Fig. 9 - Característica de Transferência de Tensão da Onda Senoidal página 5

12 CIRCUITOS RETIFICADORES 1ª PARTE 1.0 OBJETIVOS Após completar estas atividades de laboratório, você será capaz de: 1. Verificar o funcionamento de um retificador de meia onda, tendo como gerador um transformador. 2. Medir a tensão de barreira de potencial do diodo utilizado. 3. Medir a tensão reversa máxima que ocorre sobre o diodo inversamente polarizado e comparar com o valor teórico esperado. 4. Verificar o funcionamento de um filtro capacitivo e medir a ondulação de saída de uma fonte (ripple). 2.0 DISCUSSÃO Os retificadores de meia onda são os circuitos mais simples capazes de converter tensão e corrente alternadas em tensão e corrente contínuas; entretanto, as tensões geradas por estes circuitos são do tipo pulsadas, devendo, na maioria dos casos, serem filtradas para posterior utilização nos circuitos eletrônicos para polarização de componentes bipolares. O sinal alternado de entrada do retificador pode ser obtido de um gerador de sinais ou de um transformador, que reduz ou aumenta a tensão disponível na rede. A tensão de saída do retificador pode ser filtrada por um capacitor colocado em paralelo com a carga, que é conhecido como filtro capacitivo. A ondulação observada sobre o nível DC após a filtragem é conhecida como ripple e depende da freqüência da entrada, do valor da capacitância e da corrente solicitada pela carga. 3.0 PROCEDIMENTO RETIFICADOR DE MEIA ONDA SEM FILTRO 1. Coloque a placa EB-141 nas guias do bastidor e encaixe o conector. 2. Localize o circuito que contém o diodo D1 (Fig. 1). Este circuito encontra-se na porção superior esquerda da placa de circuito impresso. SGin Amplificador T1 VN1 D1 Vout() ~ N1 oscil. 1N4003 C1 R1 oscil. N2 R21 10 Ω 470 µf 25V /-20% 10k Ω Fig. 1 - Circuito Retificador de Meia Onda página 6

13 3. Ligue o gerador de sinais ao osciloscópio e, antes de conectá-lo ao circuito, ajuste sua saída para um sinal de aproximadamente 4V pico a pico (4 Vpp ), com freqüência de 50Hz, forma de onda senoidal e com off-set igual a zero. SAÍDA DO GERADOR EM 4Vpp. 4. Ligue o tap-central do transformador ao R21 utilizando-se de um fio como jumper. 5. Utilize o canal 1 do osciloscópio para medir a tensão de secundário N1 (entre anodo de D1 e terra) e reajuste o gerador para obter uma tensão VN1=14Vpp. 6. Utilize o canal 2 do osciloscópio para medir a tensão de carga entre Vout() e terra. Os dois canais devem estar na mesma escala e com a mesma referência. 7. Desenhe as formas de onda de tensão de entrada e saída do retificador de meia onda na Fig. 2. É possível observar a queda de tensão sobre D1? VN1, Vout [V] t [ms] -7 Fig. 2 - Formas de Onda de um Retificador de Meia Onda 8. Meça e apresente o valor da Tensão Reversa Máxima que ocorre no diodo. Está coerente com o valor teórico esperado? 9. Passe o canal 1 do osciloscópio para medir a tensão sobre R21 (OBSERVE O TERRA!). Desenhe a forma de onda de tensão observada na Figura 3, explique o seu significado e porque está invertida quando comparada a VN1. página 7

14 VR21 [mv] t [ms] -20 Fig. 3 - Forma de Onda da Tensão sobre R21 RETIFICADOR DE MEIA ONDA COM FILTRO CAPACITIVO 10. Ligue o capacitor C1 em paralelo com R1 utilizando-se de um jumper. 11. Desenhe as formas de onda de tensão de entrada e saída na Figura 4, e explique o que ocorreu. VN1, Vout [V] t [ms] -7 Fig. 4 - Formas de Onda de um Retificador de Meia Onda com Filtro Capacitivo 12. Selecione o modo AC para o canal 2 e aumente a sensibilidade do canal até poder observar a ondulação da tensão de saída (ripple). Desenhe o sinal observado na Figura 5 e meça o valor de pico a pico da ondulação. 13. Calcule o valor teórico desta ondulação e compare com o valor medido. É coerente? OBS: Use a expressão: I Vout V = = f C R f C página 8

15 Vripple [mv] t [ms] Fig. 5 - Forma de Onda da Tensão de Ripple para o Retificador de Meia Onda 14. Passe novamente o canal 1 do osciloscópio para medir a tensão sobre R21 (OBSERVE O TERRA!). Desenhe a forma de onda de tensão observada na Figura 6 e explique o seu significado. VR21 [mv] t [ms] -100 Fig. 6 - Forma de Onda da Tensão sobre R21 com Filtro Capacitivo ATENÇÃO: APÓS A EXPERIÊNCIA, ORGANIZE SUA BANCADA CONFORME AS NORMAS DE UTILIZAÇÃO DO LABORATÓRIO DIDÁTICO PELOS ALUNOS DE ELETRÔNICA I (página iii desta apostila). BANCADA EM DESACORDO COM AS NORMAS ACARRETARÁ EM DIMINUIÇÃO DA NOTA DE LABORATÓRIO, CONFORME PREVISTO. página 9

16 CIRCUITOS RETIFICADORES 2ª PARTE 1.0 OBJETIVOS Após completar estas atividades de laboratório, você será capaz de: 1. Verificar o funcionamento de um retificador de onda completa com dois diodos, tendo como gerador um transformador com tap-central. 2. Verificar o funcionamento de um retificador de onda completa em ponte. 3. Observar a tensão de barreira de potencial do diodo utilizado. 4. Medir a tensão reversa máxima que ocorre sobre o(s) diodo(s) inversamente polarizado(s) e comparar com o valor teórico esperado para cada caso. 5. Verificar o funcionamento de filtros capacitivos e medir a ondulação de saída (ripple). 6. Observar o efeito da variação da corrente de carga sobre um circuito retificador com filtro capacitivo, sem regulador de tensão. 2.0 DISCUSSÃO Os retificadores de onda completa são circuitos capazes de converter tensão e corrente alternadas em tensão e corrente contínuas de maneira mais eficiente que os retificadores de meia onda, por fornecerem uma tensão pulsada na saída com o dobro da freqüência do sinal de entrada, o que melhora as condições de filtragem. Dependendo da configuração utilizada (dois ou quatro diodos na retificação), a tensão reversa sobre os diodos polarizados reversamente pode ser maior ou menor, assim como a corrente nominal direta, o que deve ser cuidadosamente observado ao projetarem-se tais circuitos. A ondulação que pode ser observada sobre o nível DC após a filtragem é conhecida como ripple e depende da freqüência da entrada (e saída), do valor da capacitância e da corrente solicitada pela carga. Dependendo da corrente de carga, a tensão média de saída pode variar, devido ao aumento do ripple e devido às impedâncias envolvidas no circuito. 3.0 PROCEDIMENTO RETIF. DE ONDA COMPLETA COM TRANSFORMADOR COM CENTER-TAP, SEM FILTRO 1. Coloque a placa EB-141 nas guias do bastidor e encaixe o conector. 2. Localize o circuito que contém os diodos D1 e D2 e faça a montagem da Fig. 1. SGin Amplificador T1 D1 Vout() N1 1N4003 ~ N2 R21 10 Ω D2 1N4003 C1 470 µf 25V /-20% R1 10k Ω oscil. Fig. 1 Circuito Retificador de Onda Completa com Tap página 10

17 3. Ligue o gerador de sinais ao osciloscópio e, antes de conectá-lo ao circuito, ajuste sua saída para um sinal de aproximadamente 4V pico a pico (4 Vpp ), com freqüência de 50Hz, forma de onda senoidal e com off-set igual a zero. 4. Utilize o canal 1 do osciloscópio para medir a tensão de secundário N1 e reajuste o gerador para obter uma tensão VN1=14Vpp. ***** ATENÇÃO: entre anodo de D1 e terra! ***** 5. Utilize o canal 2 do osciloscópio para medir a tensão VN2 e anote junto com VN1 na Fig. 2; passe o canal 2 para medir a tensão de carga entre Vout() e terra. Os dois canais devem estar na mesma escala e com a mesma referência. 6. Desenhe a forma de onda de tensão de saída do retificador na Fig. 2. É possível observar a queda de tensão sobre D1 e sobre D2? Meça e apresente o valor da tensão reversa máxima nos diodos. Está coerente com o valor teórico esperado? VN1, VN2, Vout [V] t [ms] -7 Fig. 2 Formas de Onda de um Retificador Onda Completa com Tap RETIF. DE ONDA COMPLETA COM TRANSFORMADOR COM CENTER-TAP, COM FILTRO 7. Ligue o capacitor C1 em paralelo com R1 utilizando um jumper. 8. Desenhe as formas de onda de tensão de entrada (VN1) e saída (Vout ) na Fig. 3 e meça o valor DC da saída. VN1, Vout [V] t [ms] -7 Fig. 3 Formas de Ondas com Filtro Capacitivo página 11

18 9. Selecione o modo AC para o canal 2 e aumente a sensibilidade até poder observar a ondulação da tensão de saída (ripple). Desenhe o sinal observado na Figura 4 e meça o valor de pico a pico da ondulação (meça o lado da descida da onda triangular, que corresponde à descarga do capacitor). 10. Calcule o valor teórico desta ondulação e compare com o valor medido. É coerente? Vripple [mv] t [ms] Fig. 4 - Forma de Onda da Tensão de Ripple para o Retificador de Onda Completa com Filtro 11. Retorne o canal 2 para o modo DC e desligue o capacitor C Desligue o jumper que liga o tap central a R21. (Não se esqueça: O terra do osciloscópio é ligado ao terra da instalação elétrica!) RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA EM PONTE 13. Monte o circuito da Figura 5 e desenhe na Figura 6 a forma de onda de tensão de saída. *** ATENÇÃO: O JUMPER DO TAP CENTRAL ESTÁ ABERTO! *** 14. Ligue o capacitor C1 em paralelo com R1 utilizando um jumper e desenhe a forma de onda de tensão de saída na Figura 7; com o multímetro, meça também o valor DC. 15. Selecione o modo AC e aumente a sensibilidade até poder observar a ondulação da tensão de saída (ripple). Desenhe este sinal na Figura 8 e meça o valor de pico a pico da ondulação. 16. Calcule o valor teórico desta ondulação e compare com o valor medido. É coerente? página 12

19 Vout() SGin Amplificador T1 D1 D2 ~ N1 C1 470 µf 25V /-20% R1 10k Ω oscil. N2 D3 D4 Fig. 5 Retificador de Onda Completa em Ponte, sem Filtro Capacitivo Vout [V] t [ms] Fig. 6 Tensão de Saída de um Retificador de Onda Completa, em Ponte, sem Filtro página 13

20 Vout [V] t [ms] Fig. 7 Tensão de Saída de um Retificador de Onda Completa, em Ponte, com Filtro Vripple [mv] t [ms] Fig. 8 Forma de Onda da Tensão de Ripple para o Retificador em Ponte com Filtro 17. Retorne o canal para o modo DC e desligue o capacitor C1. EFEITO DA CARGA SOBRE UM RETIFICADOR COM FILTRO, SEM REGULADOR 18. Monte o circuito da Figura 9, e ajuste RV1 no sentido anti-horário (corrente mínima). 19. Meça, com o osciloscópio, o ripple de pico a pico e anote na tabela da Fig Preencha a tabela da Figura 10, desligando a carga para obter 0 ma. 21. Desenhe o gráfico do ripple versus corrente de carga na Figura 11 e explique o que ocorreu. página 14

21 _ A SGin Amplificador T1 D1 ~ N1 1N4003 oscil. C1 R1 in Carga Eletrônica N2 R21 10 Ω 470 µf 25V /-20% 10kΩ RV1 Fig. 9 - Retificador de Meia Onda com Carga Variável I [ma] Vripple [mvpp] Fig Variação do Ripple com Carga Variável Vripple [mvpp] I L [ma] Fig Tensão de Ripple em função da Corrente de Carga ATENÇÃO: APÓS A EXPERIÊNCIA, ORGANIZE SUA BANCADA CONFORME AS NORMAS DE UTILIZAÇÃO DO LABORATÓRIO DIDÁTICO PELOS ALUNOS DE ELETRÔNICA I (página iii desta apostila). BANCADA EM DESACORDO COM AS NORMAS ACARRETARÁ EM DIMINUIÇÃO DA NOTA DE LABORATÓRIO, CONFORME PREVISTO. página 15

22 CIRCUITOS MULTIPLICADORES, LIMITADORES E GRAMPEADORES DE TENSÃO 1.0 OBJETIVOS Após completar estas atividades de laboratório, você será capaz de: 1. Verificar o funcionamento de um circuito triplicador de tensão, observando a influência dos diversos parâmetros de circuito na forma de onda de saída. 2. Verificar o funcionamento de um grampeador positivo e a influência da configuração do circuito na forma de onda de saída. 3. Observar o funcionamento de circuitos limitadores de tensão. 2.0 DISCUSSÃO Os multiplicadores de tensão são circuitos construídos com diodos e capacitores e que têm a capacidade de produzir em sua saída tensões contínuas que são múltiplas inteiras do valor de pico da tensão alternada de entrada. Como seu funcionamento depende da carga armazenada nos capacitores, seu desempenho é influenciado por de 3 principais fatores: o valor da capacitância, a freqüência do sinal de entrada e a solicitação de corrente por parte da carga. Estes fatores, aliados à queda de tensão direta nos diodos que compõem o circuito, determinam o valor CC da tensão de saída do multiplicador. Os multiplicadores são utilizados como fontes de alimentação de alta tensão e baixa corrente, pois uma alta corrente de carga faz com que os capacitores descarreguem-se mais rapidamente, gerando elevada ondulação (ripple) e conseqüente diminuição do valor médio da tensão de saída. Os limitadores de tensão (também conhecidos como ceifadores) são circuitos construídos com diodos e têm por função manter a tensão em sua saída dentro de limites pré-estabelecidos, conforme a sua configuração. Sua principal aplicação é proteção, a partir do condicionamento de sinais, garantindo que determinada carga não receberá tensões fora de uma determinada faixa de valores. Dependendo do arranjo dos componentes no circuito, pode-se limitar a tensão a um valor máximo, a um valor mínimo ou dentro de determinada faixa. Circuitos grampeadores têm como função deslocar a tensão alternada de entrada, adicionando ou subtraindo um valor CC à forma de onda alternada. São construídos com diodos e capacitores, e também tem seu funcionamento dependente da carga armazenada nos capacitores, o que limita a corrente a ser fornecida para o circuito de carga, de modo a garantir seu funcionamento adequado. 3.0 PROCEDIMENTO CIRCUITO TRIPLICADOR DE TENSÃO 1. Não é necessário inicializar o sistema e nem ligar a fonte principal da MB-U. 2. Utilize o protoboard para montar o circuito do Triplicador de Tensão esquematizado na Figura 1 observando os seguintes cuidados: a) Seja organizado na sua montagem, para facilitar eventuais correções no circuito montado; b) Evite entortar os terminais dos componentes, pois estes são frágeis podem se quebrar; c) Aplique o sinal ao circuito somente quando tiver terminado a montagem e conferido todas as ligações. 3. Ajuste o gerador de sinais para uma forma de onda senoidal de 1KHz com amplitude de 4Vp, offset zero, e aplique o sinal de entrada ao circuito usando o cabo BNC-jacaré. página 16

23 C2 2,2µF Canal 1 ~ C1 2,2µF D1 D2 C3 2,2µF D3 Canal 2 1MΩ Fig. 1 Triplicador de Tensão 4. Com o multímetro meça a tensão DC de saída. Valor encontrado:. 5. Utilizando o osciloscópio, observe e anote na Figura 2 as formas de onda de tensão de entrada e tensão de ripple na saída do circuito, lembrando-se de sempre utilizar a melhor escala de visualização do aparelho. Para melhor entendimento, indique também na figura a linha de referência para cada canal. Pergunta: O valor observado da tensão DC de saída é o esperado? Justifique a sua resposta apresentando os valores das tensões envolvidas. Tensão de Entrada escala: V/div modo de acoplamento vertical: AC DC Ripple de Saída escala: V/div modo de acoplamento vertical: AC DC escala horizontal: s/div Fig. 2 Resultados do Triplicador com frequência 1kHz 6. Altere a frequência do sinal de entrada para 100kHz. 7. Com o multímetro meça a tensão DC de saída. Valor encontrado:. 8. Utilizando-se do osciloscópio, observe e anote na figura 3 as formas de onda de tensão de entrada e tensão de ripple na saída. Pergunta: O que ocorreu com a tensão de saída e com o ripple? Explique o ocorrido. página 17

24 Tensão de Entrada escala: V/div modo de acoplamento vertical: AC DC Ripple de Saída escala: V/div modo de acoplamento vertical: AC DC escala horizontal: s/div Fig. 3 Resultados do Triplicador com freqüência 100kHz 9. Experimente variar a frequência do sinal para mais e para menos e observe o comportamento do ripple. Explique o que está acontecendo. CIRCUITO GRAMPEADOR DE TENSÃO 10. Monte agora o circuito Grampeador esquematizado na figura 4 observando os mesmos cuidados do item Ajuste o gerador de sinais para uma forma de onda senoidal de 10KHz com amplitude de 3Vp, offset zero, e aplique o sinal de entrada ao circuito usando o cabo BNC-jacaré. Canal 1 ~ C1 10µF D1 1MΩ Canal 2 Fig. 4 Grampeador Positivo de Tensão 12. Com o osciloscópio, verifique as tensões de entrada e saída do circuito e anote as formas de onda na figura 5, lembrando-se de sempre utilizar a melhor escala de visualização do aparelho. Para melhor entendimento, indique também na figura a linha de referência para cada canal. 13. Desconecte o gerador do circuito, inverta o diodo e a polaridade do capacitor. Reconecte o gerador e anote as formas de onda de tensão na figura 6. página 18

25 Tensão de Entrada escala: V/div modo de acoplamento vertical: AC DC Tensão de Saída escala: V/div modo de acoplamento vertical: AC DC escala horizontal: s/div Fig. 5 Resultado do Grampeador Positivo de Tensão Tensão de Entrada escala: V/div modo de acoplamento vertical: AC DC Tensão de Saída escala: V/div modo de acoplamento vertical: AC DC escala horizontal: s/div Fig. 6 Resultado do Grampeador Negativo de Tensão Pergunta: Qual foi a diferença observada no funcionamento do circuito grampeador, após a alteração realizada? Qual o efeito da tensão de barreira de potencial do diodo no resultado observado? CIRCUITO LIMITADOR DE TENSÃO (CEIFADOR) 14. Monte o circuito Limitador Positivo Polarizado (vide Figura 7) observando os mesmos cuidados do item Aplique na entrada um sinal senoidal de 1KHz com amplitude de 6Vp, offset zero, usando o cabo BNC-jacaré. 16. Ajuste a fonte PS-2 para zero e anote na figura 8 os sinais de tensão de entrada e de saída. 17. Varie o valor da fonte PS-2 e observe o comportamento do sinal de saída. Explique e justifique a variação ocorrida. página 19

26 Canal 1 1kΩ Canal 2 ~ PS-2 D1 1MΩ Fig. 7 Limitador de Tensão Tensão de Entrada escala: V/div modo de acoplamento vertical: AC DC Tensão de Saída escala: V/div modo de acoplamento vertical: AC DC escala horizontal: s/div Fig. 8 Resultado do Limitador Positivo Polarizado ATENÇÃO: APÓS A EXPERIÊNCIA, ORGANIZE SUA BANCADA CONFORME AS NORMAS DE UTILIZAÇÃO DO LABORATÓRIO DIDÁTICO PELOS ALUNOS DE ELETRÔNICA I (página iii desta apostila). BANCADA EM DESACORDO COM AS NORMAS ACARRETARÁ EM DIMINUIÇÃO DA NOTA DE LABORATÓRIO, CONFORME PREVISTO. página 20

27 REGULADOR A DIODO ZENER 1.0 OBJETIVOS Após completar estas atividades de laboratório, você será capaz de: 1. Traçar a curva característica de um diodo zener. 2. Determinar a tensão de ruptura (tensão nominal do Zener) a partir de valores medidos, após plotagem da curva característica. 3. Observar o funcionamento de um circuito regulador de tensão a diodo Zener. 4. Determinar a regulação de tensão experimentalmente. 2.0 DISCUSSÃO Os diodos zener são diodos especialmente projetados para funcionamento em sua região de ruptura, sendo também conhecidos como diodos de avalanche controlada e, portanto, construídos para trabalhar com polarização reversa. Em um diodo reversamente polarizado, a corrente verificada na junção é de portadores minoritários, sendo normalmente bastante baixa. Conforme aumenta-se a tensão reversa aplicada, ocorre a ruptura, e a corrente reversa aumenta rapidamente. Nos diodos Zener, após a ruptura, a tensão nos terminais pouco se altera, sendo porisso, utilizados para produzir tensões de referência e em circuitos reguladores de tensão. 3.0 PROCEDIMENTO CURVA CARACTERÍSTICA DO DIODO ZENER 1. Coloque a placa EB-111 (código 815*017*) nas guias do bastidor e encaixe o conector. Inicialize o sistema e digite " " até mudar o indicador de experiências para Localize o circuito que contém o diodo D3 e faça a montagem da Fig. 1. PS-1 A oscil. R6 150Ω V Vz D3 R7 RV2 canal 1 Fig. 1 Circuito de Polarização do Diodo Zener 3. Digite " " para mudar o indicador de experiências para Ajuste PS-1 para obter as tensões de entrada da figura 2, iniciando com Ventrada = 0V. OBS: Utilize a melhor escala possível de sensibilidade do osciloscópio, para não comprometer a precisão das medidas. 5. Meça a tensão Vz nos terminais de D3 e registre os resultados na tabela da figura 2, para todos os valores de Ventrada. página 21

28 6. Complete a tabela da figura 2 e trace a curva característica V-I do diodo Zener na figura 3. Ventrada [V] Vz [V] Iz [ma] Fig.2 - Tensões e Correntes no Zener Iz [ma] Vz [V] Fig. 3 - Característica V-I do Diodo Zener MEDIDAS DE REGULAÇÃO DE TENSÃO 7. Digite " " para mudar o indicador de experiências para Ajuste a resistência R = (R7 RV2) para 800Ω utilizando-se do ohmímetro. 9. Desconecte o ohmímetro e faça a ligação entre D3 e R7 utilizando-se de um jumper. 10. Com Ventrada (PS-1) = 5V, meça a tensão Vz nos terminais da carga e anote o resultado na tabela da figura 4. Varie a tensão de entrada conforme a tabela e complete a linha de resultados para R=800Ω. Ventrada [V] Vz (R=800Ω) [V] Vz (R=500Ω) [V] Vz (R=200Ω) [V] Vz (R= Ω) [V] REGULAÇÃO (%) Fig. 4 - Regulação de Tensão e Carga página 22

29 11. Digite " " para mudar o indicador de experiências para Repita a experiência para os demais valores de resistências indicadas na tabela, e no último caso, para a menor resistência possível, anotando o valor da mesma, e anote as tensões obtidas para cada caso. 13. Calcule a regulação e complete a tabela, utilizando a seguinte expressão: V( R = 800Ω ) V( R V( R = 800Ω ) min ) x100% 14. Trace a curva de Regulação de Tensão versus Tensão de Entrada na Figura 5, e trace as curvas de Tensão na Saída versus Tensão de Entrada na Figura 6, para os quatro valores de carga experimentados (todos no mesmo gráfico). Regulação [%] Ventrada [V] Fig. 5 Regulação de Tensão X Tensão de Entrada Vsaída [V] Ventrada [V] Fig. 6 Tensão de Saída X Tensão de Entrada página 23

30 Analise os gráficos traçados e conclua se o comportamento do circuito quanto à regulação de tensão é o esperado. Por que? E quanto à regulação de carga, a variação da tensão de saída é a esperada? Por que? MODO DE PRÁTICA 15. Digite " " para mudar o indicador de experiência para 14. Introduza o modo de prática conforme descrito na folha de Informações Gerais - Parte B, e selecione o código de falha número 7. (X=7). 16. Repita a etapa de regulação de carga (passos 8, 9 e 10) para R = (R7 RV2) = 800Ω. Anote os resultados na tabela da Figura 7. Ventrada [V] Vz (R=800Ω) [V] Fig. 7 - Regulação da Carga - Modo Prática 17. Compare os valores do modo prática com os valores do modo experimental e tente explicar as diferenças observadas. O circuito continua atuando como um regulador de tensão? Que tipo de dispositivo foi acrescentado ao circuito? Em que ponto? Tente calcular o valor do componente acrescentado. 18. Siga as instruções da folha de Informações Gerais, retorne ao modo de experiência e encerre sua sessão de laboratório digitando # 3 * ATENÇÃO: APÓS A EXPERIÊNCIA, ORGANIZE SUA BANCADA CONFORME AS NORMAS DE UTILIZAÇÃO DO LABORATÓRIO DIDÁTICO PELOS ALUNOS DE ELETRÔNICA I (página iii desta apostila). BANCADA EM DESACORDO COM AS NORMAS ACARRETARÁ EM DIMINUIÇÃO DA NOTA DE LABORATÓRIO, CONFORME PREVISTO. página 24

31 CARACTERÍSTICAS DO TRANSISTOR BIPOLAR 1.0 OBJETIVOS Após completar estas atividades de laboratório, você será capaz de: 1. Traçar as curvas características de um transistor bipolar a partir de valores medidos. 2. Determinar o valor do ganho de corrente CC ( β ). 3. Observar o funcionamento de um circuito em emissor comum como fonte de corrente constante. 4. Identificar as regiões ativa, de saturação e de corte, na família de curvas características. 5. Determinar o ganho de corrente CC ( β ) a partir da família de curvas de saída. 2.0 DISCUSSÃO O ganho de corrente CC ( β ) de um transistor bipolar conectado na configuração emissor comum pode ser determinado a partir dos valores medidos de corrente de coletor e de corrente de base (entrada, saída) a partir da seguinte expressão: β = Ic / Ib Para um transistor ideal, β pode ser representado por um valor constante, mas na prática, o valor de β é bastante variável, dependendo principalmente da temperatura da junção e da corrente de base. As características de saída de um transistor (curvas de coletor) mostram a relação entre a corrente de coletor e a tensão coletor-emissor e são usualmente representadas pelo conjunto das curvas para diferentes correntes de base. 3.0 PROCEDIMENTO CARACTERÍSTICAS DA JUNÇÃO BASE-EMISSOR 1. Coloque a placa EB-111 nas guias do bastidor e encaixe o conector. 2. Localize o circuito que contém o transistor Q1 e faça a montagem ilustrada na Fig. 1, observando cuidadosamente a ligação do amperímetro ao circuito. R5 RV1 R4 Q1 µa V PS-1 5 V Fig. 1 - Características de Entrada do Transistor Bipolar página 25

32 3. Ajuste RV1 para obter as diversas correntes de base conforme a tabela da figura Para cada valor de corrente de base, meça a tensão entre base e emissor e registre os resultados. Ibase [µa] (desejada) Ibase [µa] (real) VBE [V] Fig. 2 Características da Junção Base-Emissor 5. Trace o gráfico da corrente de base versus tensão base-emissor na figura 3. I [ A] B µ V [V] BE Fig. 3 - Característica V-I da Junção Base-Emissor Analise os resultados obtidos e conclua se o comportamento é o esperado. Discuta os resultados obtidos. GANHO DE CORRENTE 6. Conecte o circuito ilustrado na figura 5 e ajuste a tensão PS-1 para 10V. 7. Varie a corrente de base através do potenciômetro RV1, para os valores mostrados na tabela da fig. 4. I B [µa] I C [ma] β = Ic / Ib Fig. 4 - Valores para Ganho de Corrente CC página 26

33 R5 RV1 R4 Q1 ma µ A PS-1 5 V Fig. 5 Circuito para Medidas de Ganho de Corrente CC 8. Calcule o valor do ganho de corrente β a partir dos resultados registrados na figura 4. Por que o valor de β CC varia durante a experiência? O TRANSISTOR COMO FONTE DE CORRENTE 9. Utilizando o mesmo circuito da experiência anterior (figura 5), ajuste a tensão de PS-1 para 2V, medindo com o osciloscópio, e ajuste RV1 de modo a obter uma corrente de coletor de 2mA. 10. Altere o valor de PS-1 de acordo com os valores da tabela da figura 6 e anote as diferentes correntes de coletor obtidas. PS-1 [V] I C [ma] Fig. 6 Medidas para o transistor como Fonte de Corrente Pergunta-se: A corrente de coletor variou? Por que? Qual deveria ser o comportamento esperado? CARACTERÍSTICAS DE SAÍDA 11. Monte o circuito esquematizado na figura 7. Observe que é o mesmo circuito anterior, bastando curtocircuitar o resistor R5 utilizando-se de um jumper ou um cabo apropriado. página 27

34 RV1 R4 Q1 R5 µa 5 V ma PS-1 osciloscópio Fig. 7 Levantamento das Características de Saída 12. Ajuste RV1 para obter corrente de 10µA na base e ajuste PS-1 de modo a obter 0.5V ; meça o valor da corrente de coletor com o amperímetro e anote na tabela da figura Mude o valor de PS-1 de modo a obter todos os valores de V CE listados na tabela da figura 8. Para cada tensão V CE, anote o valor da corrente de coletor correspondente. Obs: NÃO altere a resistência RV1 durante as medidas. Preencha a tabela por colunas, não por linhas. I B [µa] V CE [V] I C [ma] Fig. 8 Dados para Levantamento das Características de Saída 14. Trace na figura 9 a família de curvas de I C versus V CE para I B constante. Trace uma curva para cada valor de corrente de base, construindo o conjunto de curvas de coletor para o transistor. 15. Identifique as regiões de corte, saturação e ativa no gráfico construído. É possível observar a região de ruptura? página 28

35 I [ ma] C V [V] CE Fig.9 Curvas de Coletor ATENÇÃO: APÓS A EXPERIÊNCIA, ORGANIZE SUA BANCADA CONFORME AS NORMAS DE UTILIZAÇÃO DO LABORATÓRIO DIDÁTICO PELOS ALUNOS DE ELETRÔNICA I (página iii desta apostila). BANCADA EM DESACORDO COM AS NORMAS ACARRETARÁ EM DIMINUIÇÃO DA NOTA DE LABORATÓRIO, CONFORME PREVISTO. página 29

36 AMPLIFICADOR TRANSISTORIZADO BÁSICO 1.0 OBJETIVOS Após completar estas atividades de laboratório, você será capaz de: 1. Projetar um amplificador emissor-comum e montá-lo em protoboard. 2. Medir as tensões e correntes de polarização e comparar com os cálculos realizados. 3. Calcular o ganho de tensão teórico. Medir o ganho de tensão experimental e comparar. 4. Variar o ponto de polarização (para o corte e para a saturação) e verificar as distorções que ocorrem no sinal de saída amplificado. 5. Avaliar o efeito do capacitor de derivação de emissor no ganho de tensão. 2.0 DISCUSSÃO Para que um amplificador transistorizado funcione adequadamente é necessário escolher-se um ponto de operação próximo ao meio da reta de carga CC. Para isto, o valor da tensão V CE quiescente deve ser aproximadamente igual à metade da tensão de alimentação total do circuito, a fim de permitir a geração de um sinal CA simétrico na saída do amplificador. Quando esta condição não é atendida, o transistor poderá estar trabalhando próximo à sua região de corte ou à sua região de saturação, causando distorção do sinal de saída por ceifamento. Um amplificador emissor-comum (EC) tem como característica principal o alto ganho de tensão e a fase de saída invertida em relação à entrada. O capacitor de derivação de emissor tem por função fornecer um terra CA ao emissor, reduzindo a linearização do circuito e aumentando o ganho de tensão, sem interferir nos valores de polarização CC previamente estabelecidos. 3.0 PROCEDIMENTO 1. Projete um amplificador EC utilizando o transistor 2N2222A (β mín = 75). Ajuste o ponto quiescente próximo ao meio da reta de carga CC. Utilize Vcc = 12V e corrente de coletor 2mA. 2. Monte, utilizando um protoboard, o circuito projetado, conforme ilustra a Figura Meça, utilizando o multímetro, os valores das tensões CC. Anote os resultados na tabela da Fig. 1 e compare-os com os valores teóricos esperados. Discutir os resultados. V CC [V] V B [V] V E [V] V C [V] V CE [V] Fig. 1 Medidas das Tensões de Polarização 4.Com o gerador de sinais, aplique uma tensão senoidal na entrada, com frequência 1kHz. 5. Utilizando o osciloscópio, verifique a tensão de saída, anotando as formas de onda observadas na Figura Calcule o ganho experimental. Compare os valores teórico e experimental. Discutir os resultados observados. 7. Variar o ponto de polarização variando o valor de R2. Observe as distorções que ocorrem devido ao corte e à saturação. 8. Desligue e reconecte o capacitor de derivação e observe o que ocorre com o ganho. 9. Antes de encerrar o seu experimento, apresente ao professor os cálculos e os resultados. página 30

37 Vcc R1 Rc E B C R2 1kΩ RE Fig. 2 Amplificador EC com Circuito de Polarização Universal Fig. 3 Formas de Onda de Amplificação CA ATENÇÃO: APÓS A EXPERIÊNCIA, ORGANIZE SUA BANCADA CONFORME AS NORMAS DE UTILIZAÇÃO DO LABORATÓRIO DIDÁTICO PELOS ALUNOS DE ELETRÔNICA I (página iii desta apostila). BANCADA EM DESACORDO COM AS NORMAS ACARRETARÁ EM DIMINUIÇÃO DA NOTA DE LABORATÓRIO, CONFORME PREVISTO. página 31

38 CARACTERÍSTICAS DOS TRANSISTORES JFET 1.0 OBJETIVOS Após completar estas atividades de laboratório, o aluno deverá ser capaz de: 1. Traçar as curvas características de dreno e de transferência a partir de valores medidos. 2. Determinar a resistência de canal. 3. Ligar o JFET como uma resistência variável. 2.0 DISCUSSÃO O FET é conhecido como transistor unipolar porque a condução de corrente acontece por apenas um tipo de portador (elétron ou lacuna), dependendo do tipo do FET, de canal n ou de canal p. O nome efeito de campo decorre do fato que o mecanismo de controle do componente é baseado no campo elétrico estabelecido pela tensão aplicada no terminal de controle. O Transistor JFET recebe este nome porque é um transistor FET de Junção. CONSTRUÇÃO SÍMBOLO n DRENO V DG D (drain) PORTA p p (gate) G _ V DS n V GS S (source) FONTE Fig. 1 O transistor JFET A figura 1 apresenta um JFET de canal n (existe também o JFET de canal p). Seu diagrama construtivo simplificado representa uma barra de silício semicondutor tipo n (semicondutor dopado com impurezas doadoras) e contendo incrustadas duas regiões tipo p. O JFET da figura 1 tem as seguintes partes constituintes: FONTE: (source) fornece os elétrons livres, DRENO: (drain) drena os elétrons, PORTA: (gate) controla a largura do canal, controlando o fluxo dos elétrons entre a fonte e o dreno. As regiões p da porta são interligadas eletricamente. página 32

39 Ainda observando a figura 1, a seta apontando para dentro representa uma junção pn de um diodo. O JFET de canal p tem as mesmas partes constituintes de um JFET de canal n, porém seu símbolo apresenta a seta em sentido contrário, e as correntes e tensões são consideradas invertidas em relação ao JFET de canal n. CARACTERÍSTICAS MAIS IMPORTANTES DO JFET Controle por Tensão: a corrente entre o dreno e a fonte é controlada pela tensão aplicada na porta, em contraste com o transistor BJT, cuja corrente de coletor é controlada pela corrente de base. Alta Impedância de Entrada: para que seja possível o controle de corrente do canal n é necessário que se produza uma polarização reversa das junções da porta, provocando desta forma um aumento na região de depleção destas junções e em decorrência disto um estreitamento do canal; com isto, tem-se baixas correntes de porta, e conseqüentemente, alta impedância. Curvas Características: o comportamento do JFET pode ser sumarizado por suas curvas de dreno e de transcondutânica. Outras Características: os transistores JFET apresentam menores ganhos em relação aos transistores BJT e em decorrência disto têm maior estabilidade térmica; geometricamente, os JFET têm dimensões menores quando comparados com os transistores BJT. POLARIZAÇÃO DO JFET G n p n D S V DD Regiões de Depleção p G V GG V DD V GG Fig. 2 Polarização do JFET A figura 2 apresenta o circuito de polarização de um transistor JFET de canal n. Observa-se que para que seja possível o controle da corrente de dreno são necessárias as seguintes condições: V DD > 0 V GG < 0 página 33

40 O fluxo de elétrons da fonte para o dreno depende da largura do canal, isto é, polarização reversa na porta causa aumento das regiões de depleção, diminuindo a largura do canal e dificultando desta forma a passagem da corrente entre o dreno e a fonte (é uma região de íons, formada pela difusão pela junção). Desta forma temos as seguintes condições: a) LARGURA DO CANAL: depende da tensão V GG, isto é, quanto mais negativa, maior será a região de depleção e portanto, mais estreito o canal. b) TENSÃO DE CORTE (V GS ): é a tensão suficiente para desaparecer o canal (V GScorte ) também conhecida como Tensão de Deslocamente (pinch-off). c) CORRENTE DE FUGA DA PORTA: Como a junção da porta opera em polarização reversa, tem-se uma corrente baixa; desta forma, a CORRENTE DE DRENO é igual à CORRENTE DA FONTE (I D ). Esta é a causa da alta impedância de entrada dos JFET. OBS: Como a polarização reversa entre a porta e a fonte (V GS ) não consome corrente e a largura do canal depende de V GS, o controle de I D é efetivamente feito pela tensão da porta. CURVAS DE DRENO I D Parábola 2 I d =kv V GS = 0 Idss= 10mA Vp 5.62mA V GS = mA 0.625mA V GS = -2 V GS = -3 V GS = V DS Fig. 3 - Curvas de Dreno do JFET A figura 03 apresenta as curvas de dreno de um JFET tipo n. Observa-se que estas características são semelhantes às características de um transistor BJT, apresentando as regiões de saturação, ruptura, e região ativa. Observa-se também que, nestas características, a região entre V DS = 0 e V DS = 4V apresenta um comportamento linear (região ôhmica) e que a partir de V p a resistência aumenta. Para V GS = 0 (porta em curto) e uma tensão V DS = V p a corrente de dreno assume o valor I DSS, que é a máxima corrente de dreno (drain-source short circuit current). Observa-se que há uma semelhança entre as características de dreno do transistor JFET com as características de coletor de um transistor BJT. Nota-se uma região de saturação, compreendida entre V DS = 0 e V DS = V p. Há uma equivalência entre corrente de dreno no JFET e corrente de coletor do BJT, bem como entre a tensão dreno-fonte do JFET e a tensão coletor-emissor do BJT. página 34