1 a AULA PRÁTICA - ESTUDO DE BJT (NPN)

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1 a AULA PÁTICA - ESTUDO DE BJT (NPN) ) Objetio: * Obter características de CC de um transistor bipolar de junção NPN. * Fazer um projeto de polarização. ) Trabalho Preparatório: A) Descrea sucintamente o funcionamento do BJT NPN e seu modelamento matemático para CC, em particular I C como função de V BE e V CE e I C como função de I B. B) No circuito da Fig., com V CC = V e o BJT NPN BC 546/7/89 A/B/C/-, calcule,, E e C para que V C = 7V, V E = V e I C = ma, usando parâmetros CC médios especificados pelo fabricante. (Faça // << β E ) C V CC B C E E Figura

2 3) Trabalho Prático: Obs.: As correntes podem ser medidas indiretamente pelas quedas de tensão sobre os respectios reistores. * Identifique os terminais de base (B), emissor (E) e coletor (C) do BJT recebido. * Monte o circuito da Fig,. P 0kΩ 70kΩ B C E 0Ω P 5kΩ V Figura * Mantendo fixo V CE = 5V, ajuste I B atraés da ariação de P e meça V BE, completando a tabela abaixo: I B (µa) 0,5,5 5 7,5 0,5 5 7, 5 0 V BE (V) * Tendo ajustado cada I B atraés da ariação de P, ajuste V CE atraés da ariação de P e meça I C, completando a tabela abaixo: I C (ma) I B (µa) \ V CE (V) * Tabele β x I V CE = 5V e determine um β médio para a faixa de I C obserada. * Monte o circuito projetado no item B) do preparatório. * Meça V BE, I C e V CE. * Compare com os alores preistos e comente.

3 a AULA PÁTICA - O BJT COMO AMPLIFICADO ) Objetios: * Projetar um amplificador de tensão em emissor-comum com especificações dadas. * Comparar as características de CA das 3 configurações básicas. ) Trabalho Preparatório: A) A partir de um esboço das curas características de entrada e saída (i B x BE e i C x i B ), mostre a operação do BJT em emissor-comum como amplificador de tensão (isto é, mostre as ariações dos sinais sobre os gráficos). Em seguida, descrea o modelamento matemático do transistor para pequenos sinais (atraés de g m ou β, r π e r o ), apresentando um circuito equialente e expressões para cálculo dos parâmetros, onde for o caso. B) No circuito da Fig. em emissor-comum (isto é, Y em terra, entrada em X e saída em Z), com V CC = V e o BJT BC 546/7/8 A/B/C/-, usando parâmetros médios do fabricante: * Calcule os resistores para que I C = ma, V CE = 7V e A V 0. (Faça // << β E.) Atribua alores comerciais aos resistores. * Calcule os capacitores por C B ( // //r π ) = 30ms, C E ( E // g m ) = 3ms e C C ( C //r o ) = 30ms. Atribua alores comerciais aos capacitores. V CC X C B B C C C C Z E Y C E E Figura C) Considerando o circuito da Fig. calculado, obtenha alores teóricos para o ganho de tensão, a impedância de entrada e a impedância de saída na configuração: * base-comum (isto é, X em terra, entrada em Y e saída em Z) * emissor-comum (isto é, Y em terra, entrada em X e saída em Z) * colector-comum (isto é, Z em terra, entrada em X e saída em Y).

4 3) Trabalho Prático: * Monte o circuito da Fig, com os componentes calculados no item B) do preparatório. * Meça a polarização (V BE, I C e V CE ). * Compare com os alores teóricos e comente. * Com o circuito na configuração emissor-comum e senóide em khz, em operação linear: * Meça o ganho de tensão. * Compare com os alores teóricos e comente. * Varie a amplitude da entrada até obter a máxima excursão de sinal na saída. * Compare com os limites esperados e comente. * etorne com o circuito à operação linear. * Meça a impedância de entrada. * Meça a impedância de saída. * Compare com os alores teóricos e comente. ] * Com o circuito na configuração base-comum e senóide em khz, em operação linear: * Meça o ganho de tensão. * Meça a impedância de entrada. * Meça a impedância de saída. * Compare com os alores teóricos e comente. * Com o circuito na configuração coletor-comum e senóide em khz, em operação linear: * Meça o ganho de tensão. * Meça a impedância de entrada. * Meça a impedância de saída. * Compare com os alores teóricos e comente.

5 3 a AULA PÁTICA - ESTUDO DE JFET (CANAL-N) ) Objetio: * Obter características de CC de um transistor de efeito de campo de junção canal-n. * Fazer um projeto de polarização. ) Trabalho Preparatório: A) Descrea sucintamente o funcionamento do JFET e seu modelamento matemático para CC, em particular I D como função de V GS e V DS. B) No circuito da Fig. com V DD = 5V, G = MΩ e o JFET canal-n MPF 0, calcule D e S para que V D = 0V e I D = ma, usando parâmetros CC médios especificados pelo fabricante. (Não se esqueça de erificar antes se o JFET operará na região de triodo ou na região de saturação despreze a modulação do comprimento do canal.) D V DD D G S G S Figura

6 3) Trabalho Prático: * Identifique os terminais de porta ( gate G), fonte ( source S) e dreno ( drain D) do JFET recebido. * Monte o circuito da Fig,. A V B D G S V A Figura * Fixando V DS = 5V, elee V A partindo de zero até que I D µa nesse ponto, meça V GS e tome-a como V P. * Fixando V GS = 0, elee V B partindo de zero até que V DS - V GS = -V P nesse ponto, meça I D e tome-a como I DSS. * Compare com as especificações do fabricante e comente. * Meça I D nas condições indicadas e preencha a tabela: I D (ma) V GS (V) \ V DS (V) 0-0,xV P -0,4xV P -0,6xV P -0,8xV P - V P -,4xV P -,8xV P -,0xV P -,4xV P -3xV P 0 0,xV P 0,4xV P 0,6xV P 0,8xV P V P * Identifique na tabela as regiões de triodo e de saturação. * Para um dado V GS, por que I D não é, de fato, fixo na região de saturação? * Com os pontos onde V DS - V GS = -V P, monte uma tabela de I D x V GS. V GS * Monte outra tabela de acordo com ID = I DSS para os parâmetros obtidos VP e compare com a anterior. * Monte o circuito projetado no item B) do preparatório. * Meça V D e I D. * Compare com os alores preistos e comente. Obs.: Guarde o JFET utilizado nesta aula para a próxima.

7 4 a AULA PÁTICA - O JFET COMO AMPLIFICADO ) Objetio: * Projetar e testar um amplificador de tensão em fonte-comum com especificações dadas. * Comparar as características de CA das 3 configurações básicas. ) Trabalho Preparatório: A) A partir de um esboço das curas características de saída, mostre a operação do JFET em fonte-comum como amplificador de tensão e descrea seu modelamento matemático para pequenos sinais (atraés de g m e r o ). B) No circuito da Fig. em fonte-comum (isto é, Y em terra, entrada em X e saída em Z), com V DD = 5V, G = MΩ e o JFET da aula anterior, usando os parâmetros de CC encontrados experimentalmente. * Calcule D e S para que I D = ma e A V > 5. (Não se esqueça de que o JFET deerá operar na região de saturação.) * Calcule os capacitores por C G G = 30ms, C S S = 3ms e C D ( D //r o ) = 30ms. D V DD C D Z X C G Y G C S S Figura C) Considerando o circuito da Fig., obtenha alores teóricos para o ganho de tensão, a impedância de entrada e a impedância de saída na configuração: * porta-comum (isto é, X em terra, entrada em Y e saída em Z) * fonte-comum (isto é, Y em terra, entrada em X e saída em Z) * dreno-comum (isto é, Z em terra, entrada em X e saída em Y).

8 3) Trabalho Prático: * Monte o circuito da Fig, com os componentes calculados no item B) do preparatório. * Meça a polarização (V GS, I D e V DS ). * Compare com os alores teóricos e comente. * Com o circuito na configuração fonte-comum e uma senóide em khz como entrada: * Meça a impedância de entrada. * Meça a impedância de saída. * Meça o ganho de tensão. * Compare com os alores teóricos e comente. * Varie a amplitude da entrada até obter a máxima excursão de sinal na saída. * Compare com os limites esperados e comente * Com o circuito na configuração porta-comum e uma senóide em khz como entrada: * Meça a impedância de entrada. * Meça a impedância de saída. * Meça o ganho de tensão. * Compare com os alores teóricos e comente. * Com o circuito na configuração dreno-comum e uma senóide em khz como entrada: * Meça a impedância de entrada. * Meça a impedância de saída. * Meça o ganho de tensão. * Compare com os alores teóricos e comente.

9 5 a AULA PÁTICA - AMPLIFICADO DE TENSÃO COM ENTADA DIFEENCIAL I) Objetios: Analisar e erificar o funcionamento de um amplificador de tensão sem realimentação com entrada diferencial. II) Trabalho Preparatório: * Considerar o circuito da fig. com resistores de 5%. (Os transistores podem ser similares: BC 546/7/8 A/B/C- e BC 556/7/8 A/B/C/-) 8, kω 0 V 0 V 0 V 4,7 nf 0 V 3,3 k Ω BC 556 B ou A - xbc 546B ou A fig. 5 kω -0 V o i o (5,5) k Ω -0 V * Com alores nominais e médios: * calcule I C e V CE para cada transistor (considere as entradas em níel DC zero) o * calcule o ganho de tensão A = * calcule a impedância de entrada diferencial Z i d * estime a excursão máxima na saída. * No pior caso, tente mostrar que: * A > 80 * i > 5 kω Z d

10 IV) Medidas: Após montar o circuito da fig. : * Fazendo = = 0, para erificar a polarização, obter V BE, V CE e I C para cada transistor. * Ajustando conenientemente a amplitude do sinal na entrada (senóide em khz), erificar as limitações na excursão de sinal na saída. * Medir na faixa de operação, com a saída não-distorcida, utilizando o circuito auxiliar da fig. e os canais do osciloscópio: 4,7 k Ω d _ ~ 4,7 k Ω _ A. O. 74 fig. - * o ganho de tensão A * a impedância de entrada Z id (use dois resistores fixos auxiliares). * Comparar todos os resultados obtidos com os preistos teoricamente e comentar.

11 6 a AULA PÁTICA - AMPLIFICADO DIFEENCIAL I) Objetios: Projetar um amplificador diferencial de tensão com características especificadas, considerando, em particular, seus parâmetros diferenciais e de modo comum. II) Especificações: * Circuitos da fig., sendo V CC = 0 V, Q = Q = Q 3 = Q 4 = BC 546/7/8 A/B/C/- e os resistores de 5 % (sendo =, nominalmente). Obs.: O circuito da fig. b corresponde ao circuito da fig. a, apenas substituindo E por uma fonte de corrente equialente. V CC V CC V CC V CC o o - c i Q i - e Q c e c o o - i Q Q i - e Q c e Q 3 4 A fig. a E B fig. b B - V CC -V CC - V CC o * Módulo do ganho diferencial de tensão A = d i * Excursão de sinal diferencial na saída V pico. * Impedância de entrada diferencial Z id 0 kω. o i 50. III) Projeto: * Obtenha as expressões para: * I C e V CE para cada transistor * A d * Z id * V CE mínimo para não ocorrer saturação e I C mínimo para não ocorrrer corte para cada transistor (onde aplicáeis) * Calcular os componentes para que os circuitos atendam integralmente às especificações, apresentando detalhadamente os passos do projeto. * Com os alores finais, calcular os piores casos esperados. * Simular os circuitos para confirmar seu funcionamento.

12 IV) Medidas: * Após montar o circuito da fig. a: * Fazendo = i = 0, para erificar a polarização, medir V B, V C e V E e obter V BE, V CE e I E para cada transistor. * Ajustando conenientemente a amplitude do sinal na entrada (senóide em khz), erificar as limitações na excursão de sinal na saída. * Medir na faixa de operação, com a saída não-distorcida: o o o o * os ganhos,, e, obserando i =0 i i =0 i i =0 i i =0 i cuidadosamente as fases relatias dos sinais * diretamente, utilizando o circuito auxiliar da fig. e os canais do osciloscópio, o ganho diferencial A = o o. d i i d _ ~ 4,7 kω 4,7 kω _ A. O. 74 fig. i i - e A c * os ganhos de tensão de modo comum definidos como A o = i = = i i i. c = o i = = i i i * Medir na faixa de operação as impedâncias de entrada Z i, Z i, Z ic e Z id * Comparar todos os resultados obtidos com os preistos teoricamente e comentar. * epetir tudo para o circuito da fig. b:

13 7 a AULA PÁTICA - AMPLIFICADO DE ESTÁGIOS COM ACOPLAMENTO CAPACITIVO I) Objetios: Projetar um amplificador de tensão com características especificadas, incluindo bootstrap. II) Especificações: * Circuito da fig., sendo V CC = 0 V, Q = Q = BC 546, L = 0 kω nominais e os demais resistores de 5 %. V CC V CC V CC V CC 6 8 i Z i C C 4 C 3 Q 7 9 Q C Z o 5 L C 4 o 3 5 fig. c * Módulo do ganho de tensão do primeiro estágio A, 5, independente de Q. * Excursão de sinal na saída,5 V pico. * Impedância de entrada Z 50 kω. i ( 8 ) C5 = * Z i C = 300ms, L 00ms, ( 4 6 // 7 // rπ ) C3 = 30ms, rπ r π // // // // 3 5 // ) C = 0ms e ( 9 // ) C4 = 3ms β β ( = i

14 III) Projeto: * Algumas expressões necessárias: * I C em função de β e V BE I C aproximada se // 3 << β5 * I C em função de β e V BE I C aproximada se 6 // 7 << β 9 * V CE aproximada em função de I C * V CE aproximada em função de I C * A A aproximado se >> // 3 // 5 e rπ << β( // 3 // 5 ) * A * Z i Z i aproximada se >> // 3 // 5 e rπ << β( // 3 // 5 ) * V CE mínimo para não ocorrer saturação e I C mínimo para não ocorrrer corte * V CE mínimo para não ocorrer saturação e I C mínimo para não ocorrrer corte * Calcular os componentes para que os circuitos atendam integralmente às especificações, apresentando detalhadamente os passos do projeto. * Com os alores finais, calcular os piores casos esperados. * Simular o circuito para confirmar seu funcionamento. IV) Medidas: * Após montar o circuito da fig. : * Fazendo i = 0, para erificar a polarização: * medir V B, V C e V E e obter V BE, V CE e I C * medir V B, V C e V E e obter V BE, V CE e I C. * Ajustando conenientemente a amplitude do sinal na entrada (senóide em khz), erificar as limitações na excursão de sinal na saída. * Medir A e A na faixa média com a saída não distorcida. * Medir Z i e Z o na faixa média. * Comparar todos os resultados obtidos com os preistos teoricamente e comentar. * Após apenas retirar C do circuito original: * Medir A na faixa média com a saída não distorcida. * Medir Z i na faixa média. * Comparar os resultados obtidos com os preistos teoricamente e comentar.