Fundamentos de lectrónica Laboratório Transistor ipolar de Junções Regime estacionário ST-2013/2014 2º Semestre
Laboratório de Fundamentos de lectrónica TRANSSTOR POLAR D JUNÇÕS- (regime estacionário) Pretende-se estudar um transistor 547/557 cujas características de catálogo são: parâmetros hf min h F max ft ( ) min MHz ( ) max ma V 0 max ( V) P max ( mw ) omplementar (pnp) tipo 547 200 450 100 100 45 500 557 npn 0 ( V = 30V; = 0A) = 15nA 0 max ( V = 5V; = 0A) = 100nA max ( V = 10V; = ie = 0A; f = 1MHz) = 1,5pF ( V = 10V; = ic = 0A; f = 1MHz) = 11pF A placa de circuito impresso que serve de base às montagens a efectuar está representada na Fig.1. P1 P2 J1 J2 cc R R, J3 R 1 R J1 Tr J2 u 0 R u i V 2 R 2 V 1 R R 1 J3 -Fig.1- studam-se os regimes: estacionário e quase-estacionário de sinais fortes em amplificadores de emissor comum. - 1 -
PART A: SMULAÇÃO/ANÁLS TÓRA sta parte do trabalho não será executada ao longo da aula. Deverá ser realizada previamente e é entendida como uma preparação sobre o trabalho que se vai executar. ARATRÍSTAS D SAÍDA DA MONTAGM D MSSOR OMUM Simulação 1. Desenhe no Schematics do PSP o circuito da Fig. 2. Para tal: Seleccione e coloque o transístor bipolar de junções QbreakN. dite o modelo do transístor e introduza os parâmetros SP do transístor 547, que são fornecidos em anexo no fim do presente guia; Seleccione e coloque os geradores de corrente e tensão D do circuito ( D e V D, respectivamente designados por e V ); oloque um rótulo de corrente no terminal colector, para definir a variável a ser colocada no eixo das ordenadas das curvas a traçar; 547 v V -Fig. 2-2. Seleccione o botão Analysis Setup, active a análise D Sweep e abra a respectiva caixa de diálogo. scolha para varrimento horizontal a variável V em Voltage Source definindo como valores inicial e final de varrimento 0 e 20 V, respectivamente, com um incremento de 0,1 V. Active Nested Sweep e defina como novo varrimento a nova variável. Os valores de varrimento inicial e final são agora 1 µa e 3 µa, respectivamente, com um incremento de 1 µa. Faça nabled Nested Sweep. Finalmente active Parametric, seleccione o parâmetro Temperature e Value List introduzindo os valores 20, 40. Desta forma, poderá visualizar a corrente de colector em função da tensão colector-emissor V, tomando como parâmetros a corrente de base (3 valores) e a temperatura T (2 valores), esta definida com cores distintas para cada valor considerado. - 2 -
RGM D SNAS FORTS QUAS-STAONÁRO onsidere o circuito da Fig.3. Análise teórica -Fig.3-3. Admita que u é uma onda triangular à entrada do circuito da Fig. 3 sem offset, com amplitude UM = 5V (10 l Simulação V pico a pico) e f = 100Hz. Faça = 20V. Determine analiticamente as zonas de funcionamento do transístor ao longo de um período da tensão de entrada e esboce a forma de onda da tensão tirada do terminal do colector v. 4. Desenhe no Schematics do PSP o circuito da Fig. 3. 5. Siga as seguintes indicações: Seleccione o botão Analysis Setup diálogo., active a análise Transient e abra a respectiva caixa de scolha como Final Time o valor 60ms e como passo (Step eiling) um valor que não ultrapasse os 10 µs. Registe, no mesmo gráfico, a variação temporal da tensão de colector v ( t) e u ( t ); 6. Substitua u por um gerador de tensão V D. Seleccione Analysis Setup na opção D Sweep-Type Voltage Source e coloque em Name o nome dessa fonte. m seguida preencha os seguintes campos: Start Value=-20V; nd Value=+20V; ncrement=10mv Registe a função de transferência ( ) v u para 20 u 20 ( V). - 3 -
RGM STAONÁRO Análise teórica R 1 = 300 kω R = 3.3 kω R 2 = 82 kω 547 U + - R = 3.3 kω -Fig.4-7. alcule por via analítica o ponto de funcionamento em repouso (,, ) β = h = 300 e = 20V. F F V do circuito da Fig.4 admitindo PART : TRAALHO XPRMNTAL Material utilizado: Placa de circuito impresso; Gerador de funções FG-503; Fonte de alimentação PS503A; Multímetros DM502A; Traçador de características TK571. DMONSTRAÇÃO-ARATRÍSTAS D SAÍDA D MSSOR OMUM A determinação das características estacionárias de saída do andar emissor comum do TJ vai ser efectuada utilizando o traçador de características TK571. 8. U > 0 arregue no botão MNU e efectue a seguinte programação: Function: Acquisition Type: npn (547) V : 20 V max max : 20 ma - 4 -
/ step : 5 µa b Steps : 10 R : 1 kω load P : 0.5 W max arregue no botão START. Observe as características ( ) V. As curvas terminam ao longo de uma recta associada a uma resistência de 1kΩ (limitação pela carga). arregue no botão URSOR. oloque as marcas sobre a curva = 30µ A, uma para V 2V e outra para V 8V. Registe os correspondentes valores de h F. ste parâmetro corresponde ao ganho de corrente β F. Determine a resistência incremental r o. mprima as características e carregue em OPY. arregue no botão MNU. Faça: V max : 100 V max : 5 ma / step : 0,5 µa b Steps : 10 R : 100 Ω load P : 0.5 W max Observe as características e o valoru 0, que corresponde à tensão de disrupção da junção colectora quando = 0. mprima as características pressionando o botão OPY. 9. V < 0 Troque as posições do emissor e do colector do transístor na ligação ao traçador de características. arregue no botão MNU e faça: V max : 10 V max : 0,5 ma / step : 5 µa b Steps : 10 R : 1 kω load P : 0.5 W max Por um procedimento idêntico ao de 1. calcule ( h no traçador ) β, posicionando os cursores sobre R F a curva = 15µ A para V 3V. Registe o correspondente valor do ganho h F. ste parâmetro está relacionado com o ganho de corrente inverso βr. Note que na realidade o que tem é a corrente de emissor, no eixo das ordenadas, e estão trocados. V, no eixo das abcissas, uma vez que os terminais de emissor e de colector - 5 -
mprima as características pressionando OPY. Observe as características e registe o valor deu, 0 que corresponde à tensão de disrupção da junção emissor-base quando = 0. RGM D SNAS FORTS QUAS-STAONÁRO 10. oloque o ligador (jumper) J1 na posição inferior (P2) (Fig.1). xecute a montagem da Fig.5. Para tal: Ligue o gerador de funções FG-503 de modo a obter na sua saída uma onda triangular sem offset, de amplitude U M = 5V (10 V pico a pico) e frequência f = 100 Hz. Ligue a fonte de alimentação PS503A de modo a que = 20V oloque o emissor à massa (ligador J3 na posição esquerda). + = 20 V u Osciloscópio (canal 1) R = 100 kω R = 3.3 kω v Osciloscópio (canal 2) -Fig.5-11. Observe no osciloscópio as evoluções temporais de u e v (colocando o ligador J2 na posição superior). Observe igualmente a função de transferência ( ) v u i. Registe as formas de onda observadas. A partir da característica de transferência faça uma estimativa do valor do ganho em corrente β F. 12.,Mantendo = 20 V, varie a amplitude da onda triangular de modo a fazer desaparecer uma das zonas de funcionamento observadas em 11. Registe o valor de U M. RGM STAONÁRO onsidere a placa da Fig.1 e execute a montagem da Fig.6. Para tal: oloque J1 na posição superior (P1). - 6 -
oloque uma resistência no emissor de valor R = 3, 3kΩ (ligador J3 na posição central). Faça = 20 V. + R 1 = 300 kω R = 3.3 kω R 2 = 82 kω V 1 R = 3.3 kω V 2 V 2 -Fig.6-13. Registe o valor do voltímetro V1. Registe igualmente os valores de V2, com o ligador J2 na posição superior (colector) e na posição inferior (emissor). Modelo PSP do TJ 547 ANXO opiar este ficheiro e colar no editor do modelo do QbreakN:.model 547 npn bf=300 is=10e-15 vaf=100 br=1 nc=2 ikf=30m rb=120 re=0.3 tf=100p cjc=2p cje=11p xtb=1.5 *$ - 7 -