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 2016

2 LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA I PROGRAMAÇÃO DE AULAS 2º SEMESTRE 2016 Horários das Aulas Turma 2313EE21 Terças-feiras 14h00 Lab 33 Prof. Alceu Turma 2313EE22 Terças-feiras 16h00 Lab 33 Prof. Alceu Turma 2313EE23 Segundas-feiras 14h00 Lab 33 Prof. José Ricardo Turma 2313EE24 Segundas-feiras 16h00 Lab 33 Prof. José Ricardo Semana EE23 EE24 EE21 EE /10 01/11 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) 02 07/11 08/11 Prática 1 Características do Diodo de Junção 03 07/11 08/11 Prática 2 Circuito Retificador de Meia Onda 04 21/11 22/11 Prática 3 Circuitos Retificador de Onda Completa (1ª parte) 05 28/11 29/11 Prática 4 Circuitos Retificador de Onda Completa (2ª parte) 06 05/12 06/12 Prática 5 Circuitos Multiplicadores e Limitadores 07 12/12 13/12 Prática 6 Regulador a Diodo Zener 08 19/12 20/12 Prova de Laboratório PL1 frequência e matéria relativas às práticas de 1 a 6 Prova Prática 09 09/01 10/01 Prática 7 Características do Transistor Bipolar 10 16/01 17/01 Prática 8 Amplificador Transistorizado Básico 11 23/01 24/01 Prática 9 Características do Transistor JFET 12 30/01 31/01 Prática 10 Circuito Amplificador com JFET 13 06/02 07/02 Prática 11 Características do Transistor MOSFET 14 13/02 14/02 Prática 12 Circuito Amplificador com MOSFET 15 20/02 21/02 16 ** ** 17 06/03 07/03 11/03 11/03 Prova de Laboratório PL2 frequência e matéria relativas às práticas de 7 a 12 Prova Prática Prática Substitutiva aos alunos que deixaram de fazer alguma das aulas práticas, sem justificativa Prova de Laboratório PL3 matéria relativa a todo o conteúdo ministrado no semestre Prova Prática Aula de Recuperação Lab. 33 horário a combinar (manhã) Prova de Recuperação Lab. 33 horário a combinar (tarde) ** Prática Substitutiva em data a ser combinada com os alunos interessados. _ 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 frequência 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) aluno 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 2016) 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. _ 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: Gerador com DC offset fechado, frequência 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. _ página iii

5 CARACTERÍSTICAS DO DIODO DE JUNÇÃO 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. 2.0 DISCUSSÃO Os diodos semicondutores podem ser polarizados diretamente ou reversamente. Idealmente podese 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. 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. Centralize o traço horizontal na referência inferior do osciloscópio para começar as medições (todos os valores são positivos). _ A R1 D1 R2 PS-1 _ osciloscópio PS-2 Fig. 1 Circuito de Polarização Direta página 1

6 4. Ligue o sistema e ajuste a fonte de alimentação PS-1 até obter uma tensão direta sobre o diodo de 0,1V. 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. Vdireta (V) Idireta (ma) 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 Fig. 2 Medidas de Corrente Direta no Diodo 5. 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 6. 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. página 2

7 POLARIZAÇÃO REVERSA 7. Monte o circuito da Fig. 4. _ A R1 D1 R2 PS-1 PS-2 _ osciloscópio Fig. 4 - Circuito de Polarização Reversa 8. Ajuste a tensão da fonte inicialmente para zero, através do potenciômetro de PS-2. A medida de tensão é feita com o osciloscópio ligado nos bornes do sistema principal porque não há ponto de prova no circuito 9. Meça a corrente no circuito para as várias tensões da fonte indicadas e anote os resultados na tabela da Fig Ao terminar, retorne PS-2 para zero volt. PS-2 [V] Corrente Reversa [µa] Fig. 5 - Medidas de Corrente Reversa Discuta com os colegas e o professor os seus resultados. São coerentes com o esperado? 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 3

8 CIRCUITO RETIFICADOR DE MEIA ONDA 1.0 OBJETIVOS Após completar estas atividades de laboratório, você deverá ser capaz de: 1. Verificar o funcionamento do diodo de junção como retificador de meia onda. 2. Medir a tensão de barreira de potencial do diodo utilizado. 3. Observar a curva característica de transferência de um diodo no osciloscópio. 2.0 DISCUSSÃO 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 frequências dos sinais de entrada e saída não são alteradas pelo circuito retificador de meia onda. 3.0 PROCEDIMENTO RETIFICAÇÃO DA ONDA SENOIDAL 1. Localize o circuito que contém o diodo D2 (Fig. 1). Este circuito encontra-se na porção central superior da placa de circuito impresso. 2. Ajuste o gerador para amplitude mínima antes de ligá-lo. Ligue o gerador de sinais e com o auxílio do osciloscópio, ajuste sua saída para um sinal de 4V pico a pico (4 Vpp ), com frequência de 500Hz, forma de onda senoidal e com off-set igual a zero. osciloscópio Vin ~ D2 R3 osciloscópio CANAL 01 CANAL 02 Fig. 1 Circuito Retificador de Meia Onda 3. 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. 4. Observe os sinais nos dois canais do osciloscópio e esboce-os na Fig. 2. Há alguma diferença mensurável entre um diodo ideal e este diodo? Qual é esta diferença? Qual o seu significado? página 4

9 Canal 1 - V in (gerador) escala vertical: V/div Canal 2 - V R3 escala vertical: V/div escala horizontal: ms/div Fig. 2 Retificação da Onda Senoidal CURVA DE TRANSFERÊNCIA SENOIDAL 5. Ajuste o osciloscópio no modo X-Y (Vin=X e VR3=Y) para obter a curva de transferência VR3 = f(vin). Plote a curva de transferência para valores de entrada entre -2V e 2V na Fig. 3. Obs: Colocar os 2 canais em GND e centrar o ponto na tela para ajustar a referência no centro. 2 VR3 [V] Vin [V] -1-2 Fig. 3 Característica de Transferência de Tensão da Onda Senoidal 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 5

10 CIRCUITO RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA (COM TRANSFORMADOR E TAP CENTRAL) 1.0 OBJETIVOS Após completar estas atividades de laboratório, você será capaz de: 1. Verificar o funcionamento de um retificador de onda completa, tendo como gerador um transformador com derivação central. 2. Medir valor de pico, valor médio e valor eficaz de diferentes tensões e compará-los com os valores teóricos calculados. 3. Medir a tensão reversa máxima que ocorre sobre um diodo inversamente polarizado e comparar com o valor teórico esperado. 4. Verificar o funcionamento com filtro capacitivo e medir a ondulação de saída de uma fonte (ripple). 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 frequência do sinal de entrada, o que melhora as condições de filtragem. Um retificador que utiliza como gerador um transformador com secundário duplo e simétrico (tap-central) necessita apenas de dois diodos para a retificação em onda completa, os quais dividirão igualmente entre si a corrente média que é entregue à carga. A queda de tensão direta que ocorre no retificador é igual à tensão de barreira de um diodo, considerando que apenas um dos diodos conduz em cada ciclo da tensão de entrada. A ondulação que pode ser observada sobre o nível DC após a filtragem é conhecida como ripple e depende da frequência 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 RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA SEM FILTRO 1. Sobre sua bancada há um transformador com tensão de saída nominal 18V ou 24V. O primário do transformador deve ser ligado à tomada (127Vrms/60Hz) e o secundário deve ser inserido no protoboard. Observe que no secundário há 3 fios, conforme Fig. 1, sendo os terminais N1, N2 e terra. 2. Monte o circuito esquematizado na Fig. 1. Lembre-se: As tensões de secundário podem atingir cerca de 35V, o que é suficiente para provocar faíscas e choque elétrico em alguns casos. O transformador tem boa capacidade de corrente e curto-circuitos podem ser perigosos. Bastante atenção ao realizar as ligações! página 6

11 N1 D1 1N osciloscópio canal 1 (VN1) 10k - osciloscópio canal 2 (VN2) N2 D2 1N4007 Fig. 1 Circuito Retificador de Onda Completa com Tap Central 3. Utilize o canal 1 do osciloscópio para observar a tensão de secundário N1 (entre anodo de D1 e terra) e o canal 2 para medir a tensão de secundário N2. Os dois canais devem estar na mesma escala e com a mesma referência, e as medidas devem ser simultâneas. O acoplamento deve ser DC e a polaridade das pontas de prova precisam ser rigorosamente obedecidas! 4. Desenhe as formas de onda de tensão dos dois canais na Fig. 2. Canal 1 - VN1 escala: V/div modo de acoplamento vertical: AC DC Canal 2 - VN2 escala: V/div modo de acoplamento vertical: AC DC escala horizontal: s/div Fig. 2 Tensões nos secundários N1 e N2 TENSÃO DE PICO, MÉDIA E EFICAZ MEDIDAS E CÁLCULOS 5. Utilize os recursos de medidas automáticas do osciloscópio digital e anote na tabela a seguir (Fig. 3) o valor de pico, o valor médio e o valor eficaz para cada canal, e também a frequência do sinal. Em seguida calcule o valor médio e o valor eficaz de tensão para cada canal e compare com os valores medidos. página 7

12 V(pico) medida V(média) medida VRMS medida V(média) calculada VRMS calculada frequência N1 N2 Fig. 3 Valores medidos e calculados para as tensões N1 e N2 Responda: a) Os valores medidos são coerentes quando comparados com os valores calculados? b) Se não forem coerentes, justifique as diferenças observadas. 6. Mantenha o canal 1 do osciloscópio medindo a tensão VN1 e passe o canal 2 para observar a tensão sobre a resistência de carga. Desenhe estas formas de onda no gráfico da Fig. 4. Canal 1 - VN1 escala: V/div modo de acoplamento vertical: AC DC Canal 2 - V RL escala: V/div modo de acoplamento vertical: AC DC escala horizontal: s/div Fig. 4 Tensões na entrada e na carga, sem filtro 7. Utilize os recursos de medidas automáticas do osciloscópio digital e anote na tabela a seguir (Fig. 5) o valor de pico, o valor médio e o valor eficaz da tensão sobre a carga, e também a frequência do sinal. Em seguida calcule o valor médio e o valor eficaz e compare com os valores medidos. V(pico) medida V(média) medida VRMS medida V(média) calculada VRMS calculada frequência VRL Fig. 5 Valores medidos e calculados para a tensão sobre a carga página 8

13 Responda: a) Os valores medidos são coerentes quando comparados com os valores calculados? b) Se não forem coerentes, justifique as diferenças observadas. c) É possível observar a queda de tensão sobre os diodos? Qual o valor aproximado da queda de tensão observada? OBSERVAÇÃO DA TENSÃO REVERSA SOBRE OS DIODOS 8. Meça e apresente o valor da Tensão Reversa Máxima que ocorre sobre cada um dos diodos. Responda: a) Explique como foi feita a medida. b) O valor medido é coerente com o valor teórico? c) Você conseguiu observar a influência da tensão de barreira do diodo nesta medida? RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA COM FILTRO CAPACITIVO 9. Altere o circuito montado e coloque um capacitor de filtro de valor 10µF em paralelo com a resistência de carga, conforme indica a Fig. 6. *** ATENÇÃO *** NÃO INVERTER A POLARIDADE DO CAPACITOR. ELE AQUECE E PODE SER DANIFICADO! N1 D1 1N osciloscópio canal 1 (VN1) 10 F 10k _ osciloscópio canal 2 (V RL) N2 D2 1N4007 Fig. 6 Circuito Retificador de Onda Completa com Filtro Capacitivo 10. Desenhe as formas de onda de tensão dos dois canais na Fig. 7. página 9

14 Canal 1 - VN1 escala: V/div modo de acoplamento vertical: AC DC Canal 2 - V RL escala: V/div modo de acoplamento vertical: AC DC escala horizontal: s/div Fig. 7 Tensões na entrada e na carga, com filtro 11. Utilize os recursos de medidas automáticas do osciloscópio digital e anote na tabela da Fig. 8 o valor de pico, o valor médio e o valor eficaz da tensão sobre a carga. Analise os resultados obtidos e discuta com os colegas e o professor se os valores estão coerentes. V(pico) medida V(média) medida VRMS medida VRL Fig. 8 Valores medidos para a tensão filtrada sobre a carga 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). Meça o valor de pico a pico da ondulação e anote na tabela da Fig. 9. Calcule o valor teórico desta ondulação, anote na Fig. 9 e compare com o valor medido. OBS: Use a expressão: I V = Vout fc = RfC (Obs.: Vout = Vmédia) V (R=10kΩ) V (R=5kΩ) Vpp medida Vpp calculada Fig. 9 Valores medidos e calculados para a tensão sobre a carga página 10

15 13. Altere a carga para 5kΩ colocando outro resistor de 10kΩ em paralelo com o primeiro. Repita o item 12 e complete a tabela da Fig. 9. Responda: a) Explique o que ocorreu ao ligar-se o capacitor. b) Os valores medidos são coerentes com os valores teóricos? Justifique eventuais diferenças. EXPRESSÕES UTEIS: Retificador de Onda Completa: Vcc = VRMS = Onda Senoidal: Vcc =0 VRMS = 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 11

16 CIRCUITO RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA EM PONTE 1.0 OBJETIVOS Após completar estas atividades de laboratório, você será capaz de: 1. Verificar o funcionamento de um retificador de onda completa em ponte, tendo como gerador um transformador. 2. Medir valor de pico, valor médio e valor eficaz de diferentes tensões e compará-los com os valores teóricos calculados. 3. Medir a queda de tensão direta e a tensão reversa máxima que ocorre sobre um dos diodos da ponte retificadora, e comparar com os valores teóricos esperados. 4. Verificar o funcionamento do retificador em ponte com filtro capacitivo e medir a ondulação de saída de uma fonte (ripple). 2.0 DISCUSSÃO Os retificadores de onda completa em ponte 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 frequência do sinal de entrada, o que melhora as condições de filtragem. Um circuito que utiliza quatro diodos ligados em ponte não necessita de transformador para realizar a retificação em onda completa, sendo o transformador utilizado somente se for necessário o aumento ou a diminuição do valor da tensão de entrada. A corrente média da carga é dividida entre pares de diodos (cada diodo, na média, conduz metade da corrente de carga) e a tensão reversa máxima também é dividida, de modo que cada diodo precisa suportar metade da tensão que os diodos utilizados em um retificador com transformador e tap central. A queda de tensão direta que ocorre no retificador é igual à tensão de barreira de 2 diodos, considerando que dois diodos conduzem em cada ciclo da tensão de entrada e estão ligados em série. A ondulação que pode ser observada sobre o nível DC após a filtragem é conhecida como ripple e depende da frequência 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 RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA EM PONTE SEM FILTRO 1. Sobre sua bancada há um transformador com tensão de saída nominal 18V ou 24V. O primário do transformador deve ser ligado à tomada (127VRMS/60Hz) e o secundário deve ser inserido no protoboard. Observe na Fig. 1 que no secundário há 3 fios, sendo os terminais: N1, N2 e T. 2. Monte o circuito esquematizado na Fig. 1. Lembre-se: As tensões de secundário podem atingir cerca de 35V, o que é suficiente para provocar faíscas e choque elétrico em alguns casos. O transformador tem boa capacidade de corrente e curto-circuitos podem ser perigosos. Neste experimento NUNCA ligue os dois canais do osciloscópio ao mesmo tempo, pois o circuito não tem terra comum entrada/saída, o que poderia causar um curto. BASTANTE ATENÇÃO AO REALIZAR AS LIGAÇÕES! página 12

17 Fig. 1 Circuito Retificador de Onda Completa em Ponte 3. Utilize o canal 1 do osciloscópio para observar a tensão de secundário N1 (acoplamento DC). Desenhe esta forma de onda de tensão na Fig Utilize os recursos de medidas automáticas do osciloscópio digital e anote na tabela da Fig. 3 o valor de pico a pico e o valor eficaz da tensão VN1, e também a frequência do sinal. Em seguida calcule o valor eficaz de tensão a partir do pico a pico medido e compare com o valor medido. Tensão VN1 escala: V/div modo de acoplamento vertical: AC DC Tensão V RL escala: V/div modo de acoplamento vertical: AC DC escala horizontal: s/div Fig. 2 Tensões na entrada e na saída do retificador Vp-p medida VRMS medida frequência VRMS calculada VN1 Fig. 3 Valores medidos e calculados para as tensões página 13

18 5. Recoloque a ponta de prova do osciloscópio de modo a observar a tensão sobre a carga V RL, conforme ilustra a Fig. 4 (É NECESSÁRIO RECOLOCAR OS DOIS TERMINAIS DA PONTA DE PROVA). Desenhe esta forma de onda de tensão na Fig. 2, sobre o gráfico da tensão VN1. Fig. 4 Retificador de Onda Completa em Ponte, tensão sobre a carga. 6. Utilize os recursos de medidas automáticas do osciloscópio digital e anote na tabela da Fig. 5 o valor de pico, o valor médio e o valor eficaz da tensão sobre a carga, e também a frequência do sinal. Em seguida calcule o valor eficaz de tensão a partir do valor de pico medido e compare com o valor medido. V(pico) medida VMédio medido VRMS medida frequência VRMS calculada VRL Fig. 5 Valores medidos e calculados para as tensões Responda: a) Os valores medidos são coerentes quando comparados com os valores calculados? b) Se não forem coerentes, justifique as diferenças observadas. MEDIDAS DE TENSÃO DIRETA E REVERSA NO DIODO RETIFICADOR EM PONTE 7. Utilizando o mesmo circuito já montado, mantenha o terra do osciloscópio no catodo de D3 e o positivo no anodo de D3 (acoplamento DC). Desenhe na Fig. 6 a forma de onda da tensão observada. página 14

19 Tensão VD3 escala: V/div modo de acoplamento vertical: AC DC Fig. 6 Tensão sobre D3 Responda: a) Quais os valores de tensão direta e de tensão reversa máxima observados? b) Os valores medidos são coerentes quando comparados com os valores calculados? c) Se não forem coerentes, justifique as diferenças observadas. RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA EM PONTE COM FILTRO CAPACITIVO 8. Altere o circuito montado e coloque um capacitor de filtro de valor 10µF em paralelo com a resistência de carga, conforme indica a Fig. 7. *** ATENÇÃO *** NÃO INVERTER A POLARIDADE DO CAPACITOR. ELE AQUECE E PODE SER DANIFICADO! Fig. 7 Circuito Retificador de Onda Completa com Filtro Capacitivo 9. Desenhe a forma de onda de tensão filtrada na Fig. 8. Meça o valor CC de saída com o osciloscópio e anote na tabela da Fig Selecione o modo AC e aumente a sensibilidade do canal até poder observar a ondulação da tensão de saída (ripple). Desenhe a forma de onda do ripple também na Fig Meça o valor de pico a pico da ondulação e anote na tabela da Fig. 9. Calcule o valor teórico desta ondulação, anote na Fig. 8 e compare com o valor medido. página 15

20 OBS: Use a expressão: I V = Vout fc = RfC (Obs.: Vout = Vmédia) Canal 1 - V RL escala: V/div modo de acoplamento vertical: AC DC Canal 2 - V RIPPLE escala: V/div modo de acoplamento vertical: AC DC escala horizontal: s/div Fig. 8 Tensões na entrada e na carga, com filtro V(média) medida VRIPPLE(pp) medida VRIPPLE(pp) calculada V (R=10kΩ) V (R=5kΩ) Fig. 9 Valores medidos para a tensão filtrada sobre a carga 12. Altere a carga para 5kΩ colocando outro resistor de 10kΩ em paralelo com o primeiro e complete a tabela da Fig. 9. Responda: a) Explique o que ocorreu ao ligar-se o capacitor. b) Os valores medidos são coerentes com os valores teóricos? Justifique eventuais diferenças. 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 16

21 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 frequência 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 consequente 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 17

22 C2 2,2µF Canal 1 ~ C1 2,2µF D1 D2 C3 2,2µF D3 Canal 2 1MΩ Fig. 1 Triplicador de Tensão 4. Meça (com osciloscópio ou multímetro) a tensão CC 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. Meça novamente a tensão CC 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 18

23 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 frequência 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 19

24 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 20

25 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 21

26 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 traçar a 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 por isso utilizados para produzir tensões de referência e em circuitos reguladores de tensão. 3.0 PROCEDIMENTO CURVA CARACTERÍSTICA DO DIODO ZENER 1. Utilize o protoboard para montar o circuito de polarização reversa do Diodo Zener 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) Ligue o circuito somente quando tiver terminado a montagem e conferido todas as ligações. 2. Ligue o sistema e 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. PS-1 A oscil. R1 100Ω oscil. Vz Dz canal 1 canal 2 Fig. 1 Circuito de Polarização do Diodo Zener 3. Meça a tensão Vz nos terminais do diodo zener, a corrente do amperímetro e a tensão de entrada com o osciloscópio. Registre os resultados na tabela da figura 2. página 22

27 Ventrada [V] Vz [V] Iz [ma] Fig.2 Tensões e Correntes no Zener 4. Trace a curva característica do Diodo Zener na Fig. 3. Fig. 3 Característica V-I do Diodo Zener MEDIDAS DE REGULAÇÃO DE TENSÃO 5. Altere o circuito montado para o circuito esquematizado na figura 4. Utilize R L=1kΩ. 6. Com Ventrada (PS-1) = 3V, meça a tensão Vz nos terminais da carga e anote o resultado na tabela da figura 5. Varie a tensão de entrada conforme a tabela e complete a linha de resultados para R L=1kΩ. R PS-1 oscil. canal 1 100Ω oscil. canal 2 Vz Dz R L Fig. 4 Circuito Regulador a Diodo Zener página 23

28 7. Retorne Ventrada (PS-1) para 5V, altere a resistência RL para 220Ω, e repita as medidas da tensão Vz nos terminais da carga, completanto a tabela da figura 5. Ventrada [V] Vz (R=1kΩ) [V] Vz (R=220Ω) [V] REGULAÇÃO (%) Fig. 4 Regulação de Tensão 8. Calcule a regulação e complete a tabela, utilizando a seguinte expressão: V( R= 1kΩ) V( R= 220Ω) x100% V( R= 1kΩ) 9. Trace a curva de Regulação versus Tensão de Entrada na Figura 5. Fig. 5 Regulação de Tensão X Tensão de Entrada Analise o gráfico traçado e conclua se o comportamento do circuito quanto à regulação de tensão é o esperado. Por que? 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

29 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

30 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. IB [µa] IC [ma] β = Ic / Ib Fig. 4 - Valores para Ganho de Corrente CC página 26

31 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] IC [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

32 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 VCE 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. IB [µa] VCE [V] IC [ma] Fig. 8 Dados para Levantamento das Características de Saída 14. Trace na figura 9 a família de curvas de IC versus VCE para IB 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

33 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

34 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 escolherse um ponto de operação próximo ao meio da reta de carga CC. Para isto, o valor da tensão VCE 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. VCC [V] VB [V] VE [V] VC [V] VCE [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

35 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

36 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

37 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 consequentemente, 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

38 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 VGG, isto é, quanto mais negativa, maior será a região de depleção e portanto, mais estreito o canal. b) TENSÃO DE CORTE (VGS): é a tensão suficiente para desaparecer o canal (VGScorte) 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 (ID). Esta é a causa da alta impedância de entrada dos JFET. OBS: Como a polarização reversa entre a porta e a fonte (VGS) não consome corrente e a largura do canal depende de VGS, o controle de ID 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 VDS = 0 e VDS = 4V apresenta um comportamento linear (região ôhmica) e que a partir de Vp a resistência aumenta. Para VGS = 0 (porta em curto) e uma tensão VDS = Vp a corrente de dreno assume o valor IDSS, 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 VDS = 0 e VDS = Vp. 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