Escola Politécnica - USP

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1 Escola Politécnica - USP PSI 2325 Laboratório de Eletrônica I Exp 4: Polarização de Transistores JFET Equipe: - Turma: - - Profs: - - Data de Realização do Experimento: Nota: Bancada: 2002

2 B 66 Laboratório de Eletrônica I Exp Introdução O experimento Transistor TECJ, tem como principais objetivos: desenver projetos utilizando este componente, comparando os resultados da metodologia 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 de confiabilidade para os modelos teóricos e de simulação face ao observado na prática. 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 ( ) acrescidos dos resistores 910Ω, 1,3kΩ e resistores acima de 1MΩ da série E A partir da equação 2 da apostila, reproduzida abaixo, deduza a expressão de g m. Note que: g m =δi D /δv GS. I D = I DSS 1 V 2 GS ( eq. 2 ) V P

3 Exp. 4 Polarização de Transistores de Efeito de Campo (FET) B Projetar um amplificador tipo fonte seguidora como na figura 1, utilizando para isto a fórmula de g m do item 2.1, seguindo as especificações abaixo (utilize as curvas características do BF245C). Recalcular as tensões e correntes solicitadas para os valores nominais dos resistores. Coloque esses valores na tabela 4.1. (Não esqueça de colocar os valores de IDSS, VP e gm esperados). Especificações: Fonte de 12 V Alimentação: Ganho CA freq. 0,8 Médias: Impedância de Ent. 1 MΩ (R1//R2): Transistor: BF 245C Resistores: Série E12 Corrente Quiescente ID=3,5 ma de Dreno: Figura 1: Circuito de um Amplificador Fonte Seguidora. Valores Esperados Cálculo Inicial R1 R2 R S V DS V GS V RS I D Nominal

4 B 68 Laboratório de Eletrônica I Exp Para um Ve = 100mV, calcule o valor esperado de Av e Vs. Preencha a tab Utilizando a curva característica I D x V DS do BF245C abaixo, desenhe a reta de carga e o ponto de operação. Prever o máximo valor da excursão de saída (em relação ao PQ), e discutir se nesta situação ocorre distorção apreciável do sinal amplificado.

5 Exp. 4 Polarização de Transistores de Efeito de Campo (FET) B Calcular as impedâncias de entrada e saída em frequências médias. Preencha a tabela 4.1. ZE ZS Simule o circuito projetado (com valores nominais) no Pspice Eval6.3A, obtendo o ponto quiescente de polarização, para assim preencher os dados solicitados na tabela 4.1, e trace também o gráfico V S x V E, especificando nele o ponto quiescente de polarização e os limites Eg1 (onde o amplificador deixa de ser linear - é um valor até certo ponto subjetivo) e Eg2 (onde o amplificador satura). Anexe o diagrama esquemático e a curva V S x V E. Vs Eg2 Eg1 Eg1 Eg2 Ve

6 B 70 Laboratório de Eletrônica I Exp Projetar um amplificador tipo fonte seguidora com fonte de corrente como indicado na figura 2, seguindo as especificações abaixo. Recalcular as tensões e correntes solicitadas para os valores nominais dos resistores. (use o versos se necessário). Coloque esses valores na tabela 4.1. Especificações: Fonte de 12V Alimentação: Ganho CA freq. Qual o ganho Médias: esperado? Impedância de Ent. 500KΩ (R1//R2): Transistor: BF254C Resistores: Série E12 Corrente Quiescente I D = 3,5 ma de Dreno: Tensão Coletor- V CE = 2V Emissor: Corrente do Zener I z =54mA Tensão de Zener: Vz = 3,9V Ve Figura 2: Circuito Amplificador com Fonte de Corrente Constante Valores Esperados R1 R2 R E R 3 V DS V GS V CE V RE I D Cálculo Inicial Nominal

7 Exp. 4 Polarização de Transistores de Efeito de Campo (FET) B Para um Ve = 100mV, calcule o valor esperado de Av e Vs. Preencha a tab Utilizando a curva característica I D x V DS do BF245C abaixo, desenhe a reta de carga e o ponto de operação. Prever o máximo valor da excursão de saída. O valor resultante da excursão é maior ou menor que aquele obtido no item para o amplificador tipo fonte seguidora sem fonte de corrente? Por quê?

8 B 72 Laboratório de Eletrônica I Exp Calcular as impedâncias de entrada e saída em frequências médias. ZE ZS Simule o circuito projetado ( com valores nominais) no Pspice Eval6.3A, obtendo o ponto quiescente de polarização, para assim preencher os dados solicitados na tabela 4.1, e trace também o gráfico V S x V E, especificando nele o ponto quiescente de polarização e os limites Eg1 e Eg2 (definidos no item 2.2.3). Anexe o diagrama esquemático e a curva V S x V E. Sugestões Para Simulação: Ler a apostila teórica e o Exercício com Spice, de Circuitos Eletricos II - PSI 312.

9 Exp. 4 Polarização de Transistores de Efeito de Campo (FET) B Procedimento Experimental 3.1 Análise dos parâmetros experimentais do TECJ Atenção: este item pode ser feito ao longo do experimento. Vá fazendo os itens subsequentes, aguardando até o traçador de curvas estar livre Utilizando o traçador de curvas, obtenha a curva I DS (ma)xv DS (V) de acordo com as instruções disponíveis no próprio traçador. Obtenha os valores reais de I DSS, V p e gm (I D =3.5mA) para o seu transistor. Anexe as curvas obtidas a seguir. I DSS V p gm A partir das curvas do item anterior, monte uma tabela que permita obter a curva I DS (ma)xv GS (V). Utilizando o programa PLOTE, obtenha esta curva. Ainda no programa PLOTE, verifique qual das expressões abaixo (apresentadas na apostila) de I DS xv GS melhor se ajusta à curva experimental. Discuta o resultado obtido. As expressões apresentadas de I DS xv GS são: Tabela VDS = I D = I DSS 1 V 2 GS V P ( eq. 2 ) e I D = I DSS 1 3 V GS + 2 V 3/2 GS ( eq. 1 ) V P V P Compare os valores típicos de I DS, V P e gm (I D =3.5mA) empregados no projeto com os valores experimentais obtidos.

10 B 74 Laboratório de Eletrônica I Exp Amplificador tipo Fonte Seguidora sem Fonte de Corrente Selecionar os componentes necessários e anotar seus valores nominais, preenchendo a tabela Utilizando a placa para montagem (figura 3), montar o amplificador tipo fonte seguidora 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 a fonte de alimentação. OBS: Não colocar o resistor R 3. Colocar o estrape. Coloque o resistor R S no local apropriado da placa. Figura 3: a) Circuito a ser montado; b) Circuito da Placa de Montagem Medir com o multímetro as tensões pertinentes, calculando a corrente I D, e preenchendo com estes a tabela 4.1. Cuidado para utilizar o multímetro com impedância maior que 1 GΩ. Qual a razão para se tomar esse cuidado? Conectar a entrada do circuito da figura 1 o gerador senoidal na frequência de 1KHz, com amplitude V E =100mVpp. Meça V S, calcule o ganho de tensão e preencha a tabela 4.1 (V E, V S e Av). Note que neste caso RL =. Obs.: Em geral, o AUTOSETUP não vai funcionar e você deve fazer o ajuste do osciloscópio manualmente. Eventualmente utilize o sincronismo externo.

11 Exp. 4 Polarização de Transistores de Efeito de Campo (FET) B Medir indiretamente a Impedância de Saída do Circuito (Z S ). Para isto, deve-se conectar a caixa de resistências à saída do circuito e variar a resistência até que o valor da tensão V S seja metade do valor em aberto medido no item Nesta situação o valor indicado na caixa será a impedância do circuito. Explique porque. Anote o valor da impedância de saída na tabela Meça a curva de transferência V S x V E com o osciloscópio. Para isto siga o procedimento abaixo: 1. Se estiver usando sincronismo externo, desconecte o cabo (este procedimento é necessário devido a um problema do osciloscópio quando no 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 V E ;e V S respectivamente) Inicie com V E de 100 mvpp e vá aumentando progressivamente seu valor até que o gráfico mostrado deixe de ser uma reta. Neste ponto começam as distorções. Anote o valor desta tensão em E G1, da tabela 4.1 Continue aumentando o valor da tensão, até que se atinja os limites de saturação do componente, anote o valor desta tensão em E G2 da tabela Imprimir para uma tensão maior que E G2, a curva mostrada pelo osciloscópio indicando E G1 e E G2.

12 B 76 Laboratório de Eletrônica I Exp Amplificador Fonte Seguidora com Fonte de Corrente Selecionar os componentes necessários e anotar seus valores nominais, preenchendo a tabela Utilizando a placa para montagem (figura 4), monte o amplificador seguidor com fonte 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 a para este circuito: Medir com o multímetro as tensões pertinentes, calculando a corrente I D, e preenchendo com estes a tabela 4.1. Certifique-se que a impedância de entrada do multímetro é adequada Conectar a entrada do circuito da figura 1 o gerador senoidal na frequência de 1KHz, com amplitude V E =100mVpp. Meça V S, calcule o ganho de tensão e preencha a tabela 4.1 (V E, V S e Av). Note que neste caso RL =. Certifique-se que a impedância de entrada do multímetro é adequada.

13 Exp. 4 Polarização de Transistores de Efeito de Campo (FET) B Medir indiretamente a Impedância de Saída do Circuito (Z S ). Para isto, deve-se conectar a caixa de resistências à saída do circuito e variar a resistência até que o valor da tensão V S seja metade do valor em aberto medido no item Nesta situação o valor indicado na caixa será a impedância do circuito. Explique porque. Anote o valor da impedância de saída na tabela Meça a curva de transferência V S x V E com o osciloscópio. Para isto siga o procedimento 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 V E ;e V S respectivamente) Inicie com V E de 100 mvpp e vá aumentando progressivamente seu valor até que o gráfico mostrado deixe de ser uma reta. Neste ponto começam as distorções. Anote o valor desta tensão em E G1, da tabela 4.1 Continue aumentando o valor da tensão, até que se atinja os limites de saturação do componente, anote o valor desta tensão em E G2 da tabela Imprimir para uma tensão maior que E G2, a curva mostrada pelo osciloscópio indicando E G1 e E G2.

14 B 78 Laboratório de Eletrônica I Exp. 4 Item 4.1: 4. Análise de Dados Tabela 4.1 Fonte Seguidora sem Fonte de Corrente Fonte Seguidora com Fonte de Corrente Valor Cálculo Inicial Nominal Experimental Cálculo Inicial Nominal Experimental I DSS V P gm R 1 R 2 R E R S R Valor Esperado Simulado Medido Desvio Esperado Simulado Medido Desvi o V DD V R1 V R2 V DS V GS V RS V CE V RE I D V E 100mV 100mV 100mV 100mV V S Av Z E Z S E G1 E G2 OBS: Desvio = Simulado - Medido Simulado 100%

15 Exp. 4 Polarização de Transistores de Efeito de Campo (FET) B Faça uma comparação qualitativa entre os dois tipos de montagens destacando vantagens e desvantagens de ambas montagens. 4. Conclusões

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