praticas eletronica analogica

UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEAR DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELTRICA DISCIPLINA DE ELETRNICA ANALGICA

PRTICAS DE LABORATRIO

PROFESSORES:

ELETRNICA ANALGICA

Ren Pastor Trrico Bascop, Dr.

Demercil de Sousa Oliveira Jr., Dr.

Gabriela H. Bauab Shiguemoto, Dra. MONITOR: Mrio Francisco Apolinrio

SUMRIO pginas

APRESENTAO ................................................................................................................................ 1

PRTICA N 01 CURVA CARACTERSTICA DO DIODO ............................................................ 2

PRTICA N 02 RETIFICADORES MONOFSICOS DE MEIA ONDA E ONDA COMPLETA SEM E COM FILTRO CAPACITIVO............................................................................. 6

PRTICA N 03 FONTE DE TENSO REGULADA A DIODO ZENER...................................... 12

PRTICA N 04 CURVAS CARACTERSTICAS DO TRANSISTOR TBJ .................................. 16

PRTICA N 05 TBJ OPERANDO COMO CHAVE....................................................................... 20

PRTICA N 06 TBJ OPERANDO COMO AMPLIFICADOR DE SINAIS................................... 24

PRTICA N 07 CURVAS CARACTERSTICAS DO TRANSISTOR FET .................................. 28

PRTICA N 08 FET OPERANDO COMO CHAVE ...................................................................... 32

PRTICA N 09 FET OPERANDO COMO AMPLIFICADOR DE SINAIS .................................. 38

PRTICA N 10 CIRCUITOS COM AMPLIFICADORES OPERACIONAIS ............................... 42

PRTICA N 11 APLICAES PRTICAS COM LM741 ............................................................ 46

PRTICA N 12 FILTROS ATIVOS ................................................................................................ 52

PRTICA N 13 FONTE AUXILIAR REGULADA A TRANSISTOR COM PROTEO DE CURTO-CIRCUITO ................................................................................................. 56

PRTICA N 14 CIRCUITOS REGULADORES INTEGRADOS .................................................. 60

PRTICA N 15 MODULAO PWM COM LM 555 ................................................................... 64

ESTRUTURA PARA FORMATAO DOS RELATRIOS ............................................................ 68

Universidade Federal do Cear Laboratrio de Eletrnica Analgica. 1

APRESENTAO

A apostila de prticas de Laboratrio referente Disciplina de Eletrnica Analgica

consiste: edio, estruturao e adequao das prticas antigas do laboratrio. As novas

prticas incluem tima didtica, organizao e clareza, as quais contornam problemas e

dvidas sugeridas por alunos e professores que utilizaram o material durante os semestres

anteriores a 2011/I.

Sendo assim, apresentado o objetivo geral: fortalecer o incentivo ao aprendizado e

moldar o perfil do estudante direcionado rea de estudo da eletrnica; e de forma

semelhante so apresentados os objetivos especficos: adequar aplicao prtica o

contedo da disciplina, criar roteiros conforme o contedo ministrado semanalmente e

impor estrutura lgica na elaborao da prtica.

Uma organizao da estrutura dos roteiros de prtica foi estabelecida de modo que

um encaminhamento lgico durante a realizao do experimento possa ser seguido.

Aos alunos, este trabalho pretende contribuir de forma satisfatria no processo de

ensino-aprendizagem, de modo que literaturas complementares possam ser utilizada em

complementao ao processo de ensino.

As prticas foram elaboradas sob superviso dos professores citados neste

documento com a finalidade de contribuir na formao dos futuros engenheiros eletricistas

da Universidade Federal do Cear UFC.


PRTICA N 01 CURVA CARACTERSTICA DO DIODO

1. OBJETIVOS

O objetivo principal desta prtica o levantamento das curvas caractersticas do diodo mediante simulao e experimentao.

2. INFORMAO TERICA

O comportamento da curva caracterstica I = f(v) do diodo real e o modelo de segmentos lineares utilizados na determinao dos seus parmetros so ilustrados na Figura 1(a) e (b), respectivamente. O comportamento da curva exponencial dependente do material que constitui a juno, sua rea e a variao de temperatura, apresentando assim uma queda de tenso especfica para o componente (0,6 a 0,8 V para o diodo de silcio). Ter o conhecimento dos parmetros do modelo do diodo bastante comum em aplicaes, onde desejvel analisar as perdas do componente quando em conduo. A partir da anlise grfica da Figura 1(a) e do modelo apresentado na Figura 1(b), as Eqs. (1), (2), (3), (4) e (5) so obtidas e tratam: a resistncia mdia do componente (Rav), o modelo de segmentos lineares adotado, a expresso geral da potncia no componente, a potncia mdia dissipada no componente na forma integral do valor mdio e resultado da potncia mdia, respectivamente. Nota-se que a Eq. (5) composta por uma componente de corrente mdia e uma componente de corrente eficaz ao quadrado.

RVfo DId av

Figura 1 - (a) Curva caracterstica e (b) modelo segmentos lineares do diodo.

N

ON

IfVfVf

Rav= (1)

IdRavVfVd O .+= (2) 2...)( IdRavIdVfVdIdtp OD +== (3)

dttpT

tPdT

Dmed .)(.1)(

0= (4)

2..)( efmedOmed IdRavIdVftPd += (5)


3. ESQUEMTICO DO CIRCUITO

O esquemtico do circuito experimental ilustrado na Figura 2.

D1

R1

0

A+ -

Vd

+

-

Id

Vi+

-

0...10 A

V0...2 V

Figura 2 - Esquemtico a ser montado durante o experimento.

4. ESPECIFICAES, CONSIDERAES E MATERIAL UTILIZADO

A seguir apresentada a seguinte especificao:

Vi = 0 a 2,7 [V] [Tenso contnua varivel a ser aplicada entrada]. Para o projeto devem ser tratadas as seguintes consideraes:

IfMAX = 0,90 [A] [Corrente mxima adotada no diodo]; VfN = 0,70 [V] [Queda de tenso nominal no diodo]; e D1 1N4007 [Diodo selecionado].

Os instrumentos e os equipamentos utilizados nesta prtica so listados a seguir:

Voltmetro (1); Ampermetro (1); e Fonte de tenso CC (1).

5. ANLISE COMPUTACIONAL

Conforme as informaes apresentadas nos itens (2), (3) e (4), antes de ser realizada a montagem experimental necessrio:

a) Determinar e especificar o valor das resistncias comercial, bem como a potncia dissipada; e

b) Simular o circuito no ORCAD referente ao procedimento, analisar resultados esperados e preencher a Tabela 1 para os resultados simulados.

6. PROCEDIMENTO

a) A partir do esquemtico apresentado na Figura 2 e dos resultados obtidos durante a anlise computacional monte o circuito experimental. Mantenha a fonte Vi desligada.

b) Ligue a fonte Vi e ajuste a tenso desta de modo que a corrente medida pelo ampermetro seja a exigida na Tabela 1, mea a tenso Vd com o voltmetro e preencha a Tabela 1.

Tabela 1. Resultados experimentais e simulados.

Id (A) 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90

Vd (V) Simulado

Vd (V) Experimental


7. QUESTIONRIO

a) Traar as curvas I=f(v) simulada e experimental utilizando a Tabela 1.

b) Determinar a resistncia mdia Rav referente s curvas I = f(v) simulada e experimental traadas anteriormente.

c) Como a temperatura influencia na curva caracterstica do diodo?

d) Determine a temperatura da juno do diodo fazendo uso das caractersticas trmicas do diodo adotado, onde deve ser considerada a temperatura ambiente de 25C para I(A) igual a 0,8 A (como aproximao utilize a curva experimental obtida) conforme a Tabela 1.

e) Comente a respeito dos resultados obtidos com o experimento e seu respectivo circuito simulado correspondente.

f) Pesquise a respeito dos tipos de diodos: Schottky, Tunnel e Varicap.

8. APNDICE

PLANILHA 1: Clculo da resistncia srie 1. Especificaes:

Vi 2.7:= [V] [tenso na fonte de entrada] 2. Consideraes:

IdM 0.9:= [A] [corrente inicial no diodo] Vd 0.7:= [V] [queda de tenso no diodo] Radot 18:= [] [resistncia adotada] Padot 0.25:= [W] [potncia dissipada no resistor]

3. Anlise terica:

i. determinando resistncia e potncia

R1Vi Vd

IdM:= R1 2.222= []

PR1 Vi Vd( ) IdM:= PR1 1.8= [W]

adota-se resistor de 2,2 / 2 W ii. condio para paralelismo de resistncias

PadotVi Vd( )2

Radot Vi Vd( )

2

Radot0.222= [W]

iii. nmero de resistncias em paralelo:

n ceilIdM

Padot RadotRadot

:= n 8= [nmero de resistncias em paralelo]

adotam-se 8 resistores de 18 / 0.25 W em paralelo nota: caso o resistor de 2,2 / 2 W utilizado para o experimento no esteja disponvel, utiliza-se como alternativa 8 resistores de 18 /0.25 W em paralelo.


PRTICA N 02 RETIFICADORES MONOFSICOS DE MEIA ONDA E ONDA COMPLETA SEM E COM FILTRO CAPACITIVO

1. OBJETIVOS

O objetivo principal desta prtica a analise do funcionamento dos circuitos retificadores monofsicos de meia onda e onda completa mediante simulao e experimentao.

2. INFORMAO TERICA

Os circuitos retificadores integram a maioria dos dispositivos eletrnicos que necessitam de uma fonte de tenso CC condicionada a partir de uma fonte AC senoidal disponvel. Os diferentes circuitos (topologias) retificadores podem ser obtidos a partir do acrscimo de componentes, ou rearranjo na posio dos mesmos. Os circuitos retificadores a serem montados durante a prtica so apresentados na Figura 2. Nota-se que o simples acrscimo de um filtro capacitivo capaz de reduzir a ondulao na forma de onda da tenso no capacitor, permitindo assim o aumento do valor mdio da tenso de sada, conforme proposto na Figura 1.

Durante a determinao dos valores de resistncia de carga e da capacitncia de filtro, necessrio analisar o resultado terico e o experimental. Para os retificadores sem filtro capacitivo, os elementos do circuito so determinados utilizando o valor eficaz da tenso na sada do retificador para uma queda de tenso no diodo considerada. So apresentados nas Eqs. (1), (2) e (3) o valor eficaz de tenso na sada para os retificadores: meia onda, onda completa com derivao e onda completa em ponte, respectivamente; e o valor de resistncia de carga tratado na Eq. (4).

)(.5,0 VdVsVo PKEF = (1)

)(.2

1 VdVsVo PKEF = (2)

).2(.2

1 VdVsVo PKEF = (3)

PoVoRo EF

2

= (4)

Para o circuito retificador com filtro capacitivo, os elementos de circuito so determinados considerando o valor da tenso mdia aproximadamente igual ao valor da tenso eficaz na sada do retificador, para uma queda de tenso no diodo e uma ondulao de tenso no capacitor considerada em projeto. mostrado nas Eqs. (5) e (6) o valor mdio da tenso de sada para os retificadores, na Eqs. (7) e (8) o valor da capacitncia para filtro capacitivo, e na Eq. (9) o clculo da resistncia de carga, onde para cada par de equaes apresentadas diz respeito aos retificadores: meia onda e onda completa (expresso a mesma para os retificadores em ponte e em derivao).

).5,0( VCVdVsVoVo PKMEDEF = (5) ).5,0.2( VCVdVsVoVo PKMEDEF = (6)

VCfrIoC = . (7)


VCfrIoC = ..2 (8)

PoVoRo MED

2

= (9)

-

0

DVC

t ( )

T

p 2p 3p 4p

VsmaxVsmin

Vsmax

w.t

Vomed

Tc Figura 1. Forma de onda da tenso na carga em um retificador de meia onda com filtro

capacitivo.


Os esquemticos dos circuitos experimentais so apresentados na Figura 2.

VrmsLp Ls

D1

Ro

Id

Io

(a)

Vs

+

-

Vp

+

-

A+0...0.2 A

Vo

+

-V

0...20 V

Rs1 2

VrmsLp Ls

D1Id

(b)

C+- Ro

Io

A+0...0.2 A

Vo

+

-V

0...20 V

1 2

Rs

VrmsLp Ls

D1

Ro

Id

Io

Vo

+

-

(c)

Ls

1 2

Rs

D2

VrmsLp Ls

D1

Ro

Id

Io

Vo+

-

(d)

Ls

D2

C+-

1

Rs2


VrmsLp

D1

Ro

Io

Vo

+

-

(e)

Id

D3

D2

D4

Ls

Ls

1

Rs2

D1

Ro

Io

Vo

+

-

(f)

D3

D2

D4

C+-Vrms

Lp

IdLs

Ls

1

Rs2

Figura 2. Esquemticos a serem montados durante o experimento: (a) retificador de meia onda, (b) retificador de meia onda com filtro capacitivo, (c) retificador de onda completa com derivao,

(d) retificador de onda completa com derivao e filtro capacitivo, (e) retificador de onda completa em ponte e (f) retificador de onda completa em ponte com filtro capacitivo.


A seguir so apresentadas as seguintes especificaes:

Vrms = 220 [V] [Tenso eficaz no primrio do transformador]; e Po = 0,5 [W] [Potncia na carga].

Para o projeto devem ser tratadas as seguintes consideraes:

Vs = 12 [V] [Tenso eficaz no secundrio do transformador]; fr = 60 [Hz] [Freqncia da rede]; Vd = 0,70 [V] [Queda de tenso no diodo]; VC = 15%.VsMAX [V] [Ondulao de tenso no capacitor filtro]; e D1,D2,D3,D4 1N4007 [Diodo retificador].


Voltmetro (1); Ampermetro (1); Transformador com derivao central (+12V/+12V) (1); e Osciloscpio (1).



a) Determinar e especificar os componentes utilizados (resistores e capacitores);

b) Conforme a Tabela 1, determinar teoricamente o valor das grandezas exigidas; e

c) Simular o circuito no ORCAD referente ao procedimento, analisar resultados esperados e preencher a Tabela 1.

Nota1: durante a simulao utilize a funo K_linear do ORCAD para o acoplamento magntico das indutncias do lado primrio Lp e do secundrio Ls para o transformador (no primrio assumir uma indutncia de 1H e determinar a indutncia no secundrio, fazendo uso da Eq.(10)).

LpVsLsVp efef ..22 = (10)


6. PROCEDIMENTO

a) A partir dos esquemticos apresentados na Figura 2 e dos resultados obtidos durante a anlise computacional, monte cada um dos circuitos retificadores. Mantenha a alimentao AC desligada.

b) Ligue a alimentao AC; para cada circuito retificador montado, utilizando um multmetro, mea as grandezas experimentais exigidas na Tabela 1 e preencha os campos correspondentes.

c) Para cada circuito retificador, com a ponteira de tenso do osciloscpio e sua referncia corretamente posicionada, verifique o tempo de conduo do diodo (Tc) para o circuito retificador correspondente.

Nota2: As grandezas Id1EF, Id1MED, VC, Tc e VdPIV devem ser medidas utilizando o osciloscpio.

Nota3: A Tabela 1 deve ser replicada para cada circuito retificador analisado.

Nota4: Devido impossibilidade da medio de corrente eficaz em um dado diodo de forma direta com o multmetro disponvel, acrescenta-se um resistor (Rs) de baixa resistncia (1/0,25W) e tolerncia reduzida (< 5%) em srie com o diodo escolhido (conforme visto na Figura 2), em seguida fazendo uso do osciloscpio verificada a forma de onda da tenso no resistor que proporcional a corrente que circula no diodo (medio indireta).

Tabela 1. Resultado terico, simulado e experimental.

Mtodo de anlise utilizado Circuito Retificador Grandeza Terico Simulado Experimental

Id1MED [A]

Id1EF [A]

IoMED [A]

VoMED [V]

VC [V]

Tc [ms]

_

VdPIV [V]

7. QUESTIONRIO

a) Comente a respeito do tempo de conduo (Tc) verificado em cada circuito retificador e faa um comparativo dos resultados obtidos entre as demais grandezas utilizando a Tabela 1.

b) Comente a respeito dos resultados obtidos em cada um dos circuitos retificadores montados experimentalmente e compare com o seu equivalente simulado atentando para as grandezas presentes na Tabela 1.

c) Analisando o circuito da Figura 2(f), suponha que o diodo D3 se danifique quando operando em regime permanente. Na 1 situao, o componente comporta-se como um elemento de impedncia infinita; e na 2 situao, o componente comporta-se como um elemento de baixa impedncia. Anlise o comportamento do circuito para ambas as situaes impostas. Apresente as formas de onda de tenso na carga.


d) Comente o motivo pelo qual foi adotada a medio indireta na determinao da corrente eficaz no diodo e no a medio direta utilizando o ampermetro AC convencional.

e) Para as Figuras 2(e) e 2(f), explique o motivo da discrepncia entre os valores medidos experimentalmente: Id1MED e IoMED; a partir da forma de medio utilizada.

f) Pesquise a respeito da Ponte de Graetz.

g) Pesquise a respeito dos diodos utilizados em circuitos retificadores: Standard Recovery, Fast Recovery e Ultra Fast Recovery.

8. APNDICE

8.1 Planilha 1: Dimensionamento dos componentes 1. Especificaes:

Po 0.5:= [W] [potncia na carga] 2. Consideraes:

Vs 12:= [V] fr 60:= [Hz] [freqncia da rede]

[V] [queda de tenso no diodo] Vd 0.7:= VC% 15%:= [taxa de ondulao]

[tenso eficaz no secundrio transformador]

3. Projeto retificador de meia onda sem filtro:

Vomed_msc 0.318 2 Vs Vd( ):= Vomed_msc 5.174= [tenso mdia na carga] [V] [tenso eficaz na carga]

[resistncia de carga]

Voef_msc 0.5 2 Vs Vd( ):= Voef_msc 8.135= [V]

RomscVoef_msc

2

Po:= Romsc 132.366= []

VdPIV_msc 2 Vs:= [tenso de pico reversa] VdPIV_msc 16.971= [V] componentes adotados: 2 x 270 / 0.25W [paralelo] 4. Projeto retificador de meia onda com filtro:

VCmcc VC% 2 Vs Vd( ):= VCmcc 2.441= [V]Vomed_mcc 2 Vs Vd 0.5 VCmcc( ):= Vomed_mcc 15.05= [V] [tenso mdia na carga]

[tenso eficaz na carga]

[resistncia de carga]

[capacitncia de filtro]

Voef_mcc Vomed_mcc:= Voef_mcc 15.05= [V]

RomccVomed_mcc

2

Po:= Romcc 453.021= []

ComccPo

Vomed_mcc fr VCmcc106:= Comcc 226.872= [uF]

VdPIV.mcc 2 2 Vs:= VdPIV.mcc 33.941= [V] [tenso de pico reversa]

componentes adotados: 2 x 910 / 0.25W [paralelo] 220 F / 25V [capacitor]


PRTICA N 03 FONTE DE TENSO REGULADA A DIODO ZENER

1. OBJETIVOS

O objetivo principal desta prtica projeto e analise do funcionamento de uma fonte de tenso regulada a diodo zener mediante simulao e experimentao.

2. INFORMAO TERICA

Pequenas fontes de alimentao lineares so utilizadas em aplicaes que necessitam de uma potncia absorvida reduzida, sendo o diodo zener o componente utilizado em tais fontes. A partir de um circuito retificador com filtro capacitivo alimentando uma carga linear, uma tenso no capacitor com ondulao considerada em projeto obtida. Para que a tenso na sada (na carga) seja exatamente constante projeta-se um circuito resistivo em srie com o diodo zener, sendo assim a variao da potncia drenada pela carga na sada depende das caractersticas de potncia do diodo zener e do valor da resistncia srie, de modo que no haja perda na regulao da tenso na sada. So ilustradas na Figura 1 as etapas de um circuito pertencente a uma fonte de tenso regulada a diodo zener, onde se notam as etapas: abaixamento da tenso, retificao, filtragem e regulao da tenso na carga.

LsLpVrms DR C DZ

+

-

+

--

+

tenso CCregulada

transformador retificao filtragem regulaoabaixador

Figura 1. Etapas de uma fonte de alimentao CC.

A resistncia em srie com o diodo zener (Rs) deve ser projetada de modo a manter a tenso regulada nos terminais da carga, mesmo que a impedncia de sada seja varivel, e uma ondulao de tenso nos terminais do capacitor seja permitida. So apresentados nas Eqs. (1) e (2): o valor mnimo e o valor mximo da corrente no diodo Zener, de modo a garantir que o componente esteja trabalhando na regio de operao. A Eq. (3) til na determinao da regulao de tenso na carga.

MINMAX

MAXMIN IoIz

VzViRs = (1)

MINMIN

MINMIN

IzRs

VzViVzRo

=

(2)

100*(%)CARGAPLENA

CARGAPLENAVAZIO

VoVoVo

Rv= (3)



O esquemtico do circuito experimental apresentado na Figura 2.

+-

Io

Vrms Lp Ls

D1 Rs

C Dz Ro

+

-

Vs

+

-

Iz

A+0...0.2 A

Vo

+

-V

0...20 VRL10k

Figura 2. Esquemtico a ser montado durante o experimento.



Vrms = 220 [V] [Tenso eficaz aplicada ao primrio do transformador]; Vo = 5,1 [V] [Tenso de sada regulada]; e Po = 500 [mW] [Potncia na carga].


fr = 60 [Hz] [Freqncia da rede]; Vs = 12 [V] [Tenso eficaz no secundrio]; Vd = 0,70 [V] [Queda de tenso no diodo]; VC = 15%.VsMAX [V] [Ondulao no capacitor filtro]; IzMIN = 10% Iz; [A] [Corrente mnima no zener]; IzMAX = 60% Iz; [A] [Corrente mxima no zener]; Dz 1N4733A; [Diodo zener selecionado 5,1V/1W]; e D1 1N4007 [Diodo selecionado].


Voltmetro (1); Ampermetro (1); Transformador com ponto central (+12V/+12V) (1); e Osciloscpio (1).



a) Determinar e especificar os componentes comerciais utilizados (resistores e capacitores);

b) Conforme a Tabela 1, determinar teoricamente o valor das grandezas exigidas; e

c) Simular o circuito no ORCAD referente ao procedimento, analisar resultados esperados e preencher a Tabela 2.


6. PROCEDIMENTO

a) A partir do esquemtico apresentado na Figura 2 e dos resultados obtidos durante a anlise computacional, monte o circuito experimental. Mantenha a alimentao AC desligada.

b) Ligue a alimentao AC, para o circuito experimental sem carga, preencha a Tabela 1 com as especificaes dos componentes determinadas e as grandezas medidas experimentalmente.

c) Acrescentando uma carga Ro, inicialmente em um valor mximo de resistncia, preencha a Tabela 2 com os valores de tenso e corrente, conforme indicado nesta tabela.

Nota1: Para a carga Ro utilize um potencimetro 2,2K/1W.

Nota2: As grandezas VC e VdPIV devem ser medidas utilizando o osciloscpio.

Tabela 1. Resultados experimentais I.

Especificao de Componentes

Componente Smbolo Valor do componente adotado

Capacitor C

Resistor Rs

Anlise do circuito retificador de meia onda com filtro e diodo zener sem carga

Mtodo de anlise utilizado Circuito Retificador Grandeza Simulado Experimental

IzMED [A]

VoMED [V]

VC [V] -

VdPIV [V]

Tabela 2. Resultados experimentais II.

Io (mA) Vo (V) Terico Vo (V) Simulado Vo (V) Experimental

0

10,0

30,0

50,0

70,0

90,0

100,0

120,0

140,0

160,0


7. QUESTIONRIO

a) Determine a regulao de tenso na carga para os resultados experimentais e simulados na Tabela 2 e esboce a curva de regulao de tenso na carga em funo do aumento da carga.

b) A partir dos resultados da Tabela 2 traar as curvas Vo=f(Io) (simulada e experimental) e comente a respeito do comportamento grfico obtido.

c) Explique o comportamento do diodo zener na regio de ruptura inversa.

d) Analisando o circuito da Figura 2, suponha que o capacitor C seja retirado do circuito em um dado instante aps o circuito ter atingido regime permanente. Anlise e explique o comportamento do circuito para esta situao imposta fazendo uso de simulao. Apresente as formas de onda de tenso na carga.

e) Pesquise a respeito do regulador shunt programvel TL431.

f) Comente a respeito do comportamento das curvas apresentadas na Figura 3.

8. APNDICE

Time

300ms 400ms 500ms250msI(Ro)

0A

100mA

200mAV(Ro)

0V

2.5V

5.0V

V(Rs)

7.5V

10.0V

12.5V

V(C)

13.75V

15.00V

16.25V

Figura 3. Principais formas de onda.


PRTICA N 04 CURVAS CARACTERSTICAS DO TRANSISTOR TBJ

1. OBJETIVOS

O objetivo principal desta prtica levantar e traar as curvas caractersticas de um transistor de TBJ na configurao emissor-comum mediante simulao e experimentao.

2. INFORMAO TERICA

Estando o Transistor Bipolar de Juno (TBJ) NPN polarizado na configurao emissor comum, conforme ilustrado na Figura 1; um par de curvas caractersticas necessrio para descrever o comportamento do componente nesta configurao: uma curva para o circuito de entrada ou base-emissor e a outra curva para o circuito de sada ou coletor-emissor (estas curvas so amplamente encontradas nas folhas de especificao do componente). As curvas caractersticas so apresentadas na Figura 2.

N

P

N

B

E

C

VBE

VCE

ICIb

IE

Ic

Ie

Ib

Figura 1. Notao e smbolo transistor NPN.

(a)

(b)

Figura 2. Curvas caractersticas: (a) Circuito de sada e (b) circuito de entrada.

Para um ponto de operao adotado, obtido a partir da interseo entre a curva de carga e uma das diferentes curvas caractersticas do circuito de sada e interno a regio de operao segura, projeta-se o circuito com TBJ para diversas aplicaes: corte-saturao e amplificao de sinais; interessante que tal ponto escolhido esteja interno a curva que limita a regio de operao segura do TBJ real, tendo em vista a limitao das caractersticas externas a que o componente esteja submetido (esforos).




Rc

Rb

Vbb

0

Q1

100k

A +-

A+ -+

-

Ibb +

-

Icc

V Vcc

0...0.2 A

0...20 V

0...2 mA

100

Figura 3. Esquemtico a ser montado durante o experimento.



Vcc = 0 a 15 [V] [Tenso contnua aplicada ao circuito de sada]; Para o projeto devem ser tratadas as seguintes consideraes:

Ibb = 20 a 80 [uA] [Corrente de base contnua aplicada a o circuito de entrada]; e Q1 BC546 [Transistor NPN utilizado].





a) Determinar e especificar os resistores comerciais utilizados;

b) Simular o circuito no ORCAD referente ao procedimento, analisar resultados esperados, traar algumas formas de onda pertinentes e preencher a Tabela 1.

6. PROCEDIMENTO

a) A partir do esquemtico apresentado na Figura 3 e dos resultados obtidos durante a anlise computacional, monte o circuito experimental proposto. Mantenha as fontes Vcc e Vbb desligadas.

b) Ligue a fonte de tenso Vbb e conecte-a ao circuito de entrada de forma a polarizar a juno base-emissor do TBJ e regule a tenso desta fonte de modo a ajustar o valor de corrente Ibb medida por um ampermetro ao exigido; com outra fonte de tenso Vcc varivel, ligue e conecte-a ao circuito de sada e regule a tenso desta fonte de modo a ajustar o valor da tenso Vce medida por um voltmetro ao exigido e com um segundo ampermetro mea a corrente no coletor Icc obtida. Este procedimento deve ser repetido e os campos da Tabela 1 preenchidos.

c) Determinar o ganho do transistor experimentalmente.


Tabela 1. Resultados simulados e experimentais.

Corrente no coletor medida Ic (mA)

Ibb (uA)

20 40 60 80

0,5

1

3

5

10

Vce (V)

15

7. QUESTIONRIO

a) Traar a curva de sada Ic = f(Vce) de um TBJ: experimental e simulada.

Nota1: A Figura 4 no Apndice pode ser utilizada como exemplo ilustrativo.

b) Determine o ganho de corrente () para as curvas traadas em (a) item (7).

c) Comente detalhadamente a respeito das curvas traadas em (a) item (7) explorando os seguintes tpicos: funcionamento na configurao emissor-comum, curvas de caracterstica de entrada e sada, ganho de corrente e limites de operao.

d) Consultando a folha de dados do TBJ adotado durante a prtica, comente a respeito das principais caractersticas de operao, bem como as limitaes de operao.

e) Pesquise a respeito: transistores de carboneto de silcio e suas aplicaes.

8. APNDICE

Figura 4. Curvas caractersticas de sada Ic = f(Vce) simulada.

Vce(V)

Ic(V)

Ib (20uA)

Ib (40uA)

Ib (60uA)

Ib (80uA)

0V 5V 10V 15V0A

5mA

10mA

15mA

20mA Ib (100uA)


PRTICA N 05 TBJ OPERANDO COMO CHAVE

1. OBJETIVOS

O objetivo principal desta prtica projetar e analisar o funcionamento de um TBJ como chave mediante simulao e experimentao.

2. INFORMAO TERICA

Fazendo uso da curva caracterstica do circuito de sada ilustrada na Figura 1, pode-se projetar o circuito de tal forma que o TBJ tipo NPN comporte-se como uma chave, onde se notam as regies de operao do componente quando em corte e quando em saturado. Em regime de saturao forte, admite-se um ganho de corrente de projeto reduzido de tal forma que um pequeno valor de corrente aplicado a base sature instantaneamente o componente.

Corte

Saturao

Figura 1. Curva caracterstica de sada.

Para um dado ponto de operao adotado, obtido a partir da interseo entre a curva de carga e a curva caracterstica do circuito de sada, e interno a regio de operao segura, projeta-se o circuito com TBJ. A Eq. (1) permite determinar o valor da resistncia de base a partir de uma corrente de base considerada, da mesma forma a Eq. (2) faz-se uso da curva caracterstica de sada para determinar o valor da resistncia Rc.

IbVbeVbbRb = (1)

IbVceVcc

Rc SATU.

= (2)




Vcc

Rc

Rb

Vbb

0

Q1Ib-

Ic

+

+

-




Vcc = 12 [V] [Tenso contnua aplicada ao circuito de sada]; e Vbb = 2,2 [V] [Tenso contnua aplicada ao circuito de entrada].


Hfe = = 30 [Ganho de corrente do transistor]; Ib = 100 [uA] [Corrente de base adotada]; VceSAT = 0,3 [V] [Tenso de saturao do transistor]; fc = 10 [KHz] [Freqncia do sinal de entrada-onda quadrada]; e Q1 BC546 [Transistor utilizado].


Osciloscpio (1); Multmetro (1); e Fonte de tenso CC (2).



a) Determinar e especificar os resistores comerciais utilizados; e

b) Simular o circuito no ORCAD referente ao procedimento, analisar resultados esperados, traar algumas formas de onda pertinentes e preencher o Quadro 1.

6. PROCEDIMENTO

a) A partir do esquemtico apresentado na Figura 2 e dos resultados obtidos durante a anlise computacional monte o circuito experimental proposto. Mantenha as fontes Vbb e Vcc desligadas.


b) Ligue a fonte Vbb, ajuste corretamente a sua tenso e aplique este sinal ao circuito de entrada de forma a polarizar a juno base-emissor do TBJ, mantendo assim uma corrente de base considerada; com outra fonte de tenso Vcc, ajuste a tenso desta para o valor considerado, aplique ao circuito de sada e observe com o osciloscpio as formas de onda de tenso em Rc e nos terminais Coletor-Emissor. Em seguida, esboce as formas de onda experimental para as grandezas Vbb, Vce e VRc no Quadro 1.

Quadro 1. Formas de onda simulada e terica.

0

0

0

Vbb(V)

Vce(V)

VRc(V)

t( )

t( )

t( )

7. QUESTIONRIO

a) Traar as formas de onda de tenso experimental e simulada para o TBJ: Vbb, Vce e VRC.

b) Comente detalhadamente a respeito das curvas traadas em (a) tomando como referncia o comportamento do circuito e a curva caracterstica do circuito de sada.

c) Determine as perdas de conduo do TBJ usando a curva caracterstica Ic = f(Vce).

d) Pesquisar a respeito dos tipos de encapsulamento.

e) Pesquisar a respeito das principais especificaes do TBJ encontradas na folha de dados dos fabricantes de modo que o componente trabalhe como chave.

f) Pesquise aplicaes que fazem uso do TBJ funcionando como chave.

8. APNDICE


PRTICA N 06 TBJ OPERANDO COMO AMPLIFICADOR DE SINAIS

1. OBJETIVOS

O objetivo principal desta prtica o projeto e a analise do funcionamento de um TBJ tipo N como amplificador de sinais mediante simulao e experimentao.

2. INFORMAO TERICA

Fazendo uso da configurao de polarizao por divisor de tenso, o TBJ capaz de amplificar pequenos sinais. Durante a etapa de projeto, uma seqncia de passos deve ser seguida de forma a facilitar a anlise e a compreenso do circuito. Primeiramente, faz-se uso da anlise CC como forma de dimensionar os valores dos componentes do circuito para um ponto de operao corretamente escolhido; em seguida, fazendo uso da anlise AC (anlise de pequenos sinais) determinam-se os diversos parmetros do circuito (ganho de tenso, ganho de corrente, impedncia de entrada e impedncia de sada). So ilustrados nas Figuras 1(a), (b) e (c) o circuito amplificador adotado, o circuito necessrio anlise CC e o circuito adotado anlise AC (fazendo uso do modelo de pequenos sinais do TBJ), respectivamente.

Q1

Rc

Re

R1

R2R4

R3 C1

Ce

Cc

RLVi

Vcc

0

0(a)

Q1

Rc

Re

R1

R2

Vcc

0

0

+-

(b)

RcR2R1R4

R3

RLVi

0

r.irp

B C

E

ib io

(c)

ob b

ii

Figura 1. (a) Circuito amplificador, (b) circuito utilizado para anlise CC e (c) circuito utilizado para anlise AC.

Nota1: Nota-se que ao circuito da Figura 1(a) so acrescentados os resistores 3 e 4, fato que se justifica pela necessidade de medio da corrente de entrada no circuito durante a anlise experimental, como forma de serem comparados os parmetros de pequenos sinais obtidos por anlise terica, simulao e experimento.



O esquemtico do circuito experimental tratado na Figura 2.

Q1

Rc

Re

R1

R2R41k

R3

1k

C1

10u

Ce22u

Cc

10u

RL10kVi

Vcc

0

0

12

+

-

+

- +

++-

-

-

b

c

e




Vcc = 20 [V] [Tenso contnua aplicada ao circuito de sada]. Para o projeto devem ser tratadas as seguintes consideraes:

Vc = 8 a 10 [V] [Intervalo de tenso mdia adotado em projeto]; Vth = 5 [V] [Tenso Thvenin]; Ib = 100 [uA] [Corrente de base adotada]; Pd = 0,15 [W] [Potncia dissipada]; Vce = 8 [V] [Tenso de operao do transistor]; Vi = 100 [mV] [Tenso de pico a pico]; fc = 10 [KHz] [Freqncia do sinal de entrada]; e Q1 BC546 [Transistor NPN utilizado].


Osciloscpio (1); Gerador de funo (1); Multmetro (1); e Fonte de tenso CC (1).

Nota2: Adotou-se o ponto de operao utilizando a curva caracterstica de sada do componente, considerando a curva para um Ib (100 uA), Vce (8V) e Pd (0,15W).

Nota3: aconselhvel utilizar resistores com tolerncia reduzida para os elementos R3, R4 e RL.




a) Determinar e especificar os resistores comerciais utilizados necessrios a polarizao CC; e


6. PROCEDIMENTO

a) A partir do esquemtico apresentado na Figura 2 e dos resultados obtidos durante a anlise computacional monte o circuito experimental proposto. Mantenha a fonte Vcc desligada.

b) Com o sinal de tenso Vi corretamente calibrado, conecte-o ao circuito de entrada de tal forma que o sinal AC aplicado ao circuito (ponto 1) seja amplificado na sada (ponto 2). Ligue e ajuste a fonte de tenso Vcc ao valor indicado. Fazendo uso do osciloscpio: mea a tenso (pico a pico) no ponto 1, mea a tenso (pico a pico) no ponto 2, e finalmente mea a tenso (pico a pico) sobre o resistor R3. Preencha a Tabela 1.

Tabela 1. Resultados: terico, simulado e experimental.

Valores de tenso (pico a pico terico, simulado e experimental) [V]

Terico Simulado Experimental

Ponto 1

Ponto 2

Resistor R3

Parmetros do modelo de pequenos sinais


Av (ganho de tenso)

Ai (ganho de corrente)

Zi (impedncia de entrada)

Zo (impedncia de sada)

7. QUESTIONRIO

a) Apresente as formas de onda nos pontos 1 e 2 (Figura 2), e comente os resultados.

Nota4: a Figura 3 no Apndice pode ser utilizada como exemplo ilustrativo.

b) Explique o procedimento experimental para se obter os parmetros do modelo AC.

c) Apresente o equacionamento em forma literal referente aos parmetros do modelo de pequenos sinais para o circuito proposto na Figura 2. Faa uso deste equacionamento e obtenha os parmetros do modelo de pequenos sinais terico e simulado.

d) Comente e compare detalhadamente os resultados obtidos por meio da anlise terica, simulao e experimento para o modelo de pequenos sinais, conforme a Tabela 1.


e) Fazendo referncia a uma aplicao do TBJ como amplificador de sinais, apresente um circuito amplificador de udio utilizando TBJs e descreva o seu funcionamento.

8. APNDICE

Time

9.0ms 9.1ms 9.2ms 9.3ms 9.4ms 9.5msV(Coletor)

0V

5V

10V

V(ponto2)-4.0V

0V

4.0VV(ponto1)

-20mV

0V

20mV

Figura 3 - Formas de onda obtidas em simulao.


PRTICA N 07 CURVAS CARACTERSTICAS DO TRANSISTOR FET

1. OBJETIVOS

O objetivo principal desta prtica levantar e traar as curvas caractersticas de um transistor FET (MOSFET tipo intensificao) mediante simulao e experimentao.

2. INFORMAO TERICA

O transistor MOSFET tipo N polarizado corretamente e o smbolo grfico so ilustrados na Figura 1. Um par de curvas caractersticas necessrio para descrever o comportamento do componente: uma curva de dreno e a uma curva de transferncia (estas curvas so amplamente encontradas nas folhas de especificao do componente), as quais so apresentadas na Figura 2.

D

G

ID

nn

n

P

VGSVDS

S

SS+

-

+

-

IG=0

IS

D

S

G

Figura 1 - Polarizao MOSFET tipo N e smbolo grfico.

Figura 2 - Curvas caractersticas: (a) curva de dreno e (b) de transferncia.

Para um ponto de operao adotado, obtido a partir da interseo entre a curva de carga e curva de transferncia, o circuito com FET projetado para diversas aplicaes: corte-saturao e amplificao de sinais; interessante que tal ponto escolhido esteja interno a curva que limita a regio de operao do FET real, tendo em vista a limitao das caractersticas externas as quais o componente esteja submetido (esforos).




Rd

Vgs

0

Q1

A +-

Vds+

-

+

-

Id

Vcc+

Rg

-

V-

0...0.2 A

0...20 V1Meg




Vcc = 0 a 12 [V] [Tenso contnua aplicada ao circuito]. Para o projeto devem ser tratadas as seguintes consideraes:

Vgs = 1 a 2,1 [V] [Tenso gate-source aplicada]; Pd = 0,7 [W] [Potncia dissipada no componente]; e Q1 2N7000 [MOSFET VMOS canal N utilizado 0,35A/1W].

Os instrumentos utilizados nesta prtica so listados a seguir:




a) Determinar e especificar os resistores comerciais utilizados;


Nota1: Utilize as curvas apresentadas na Figura 4 de modo que as especificaes e consideraes de projeto sejam atendidas.

6. PROCEDIMENTO

a) A partir do esquemtico apresentado na Figura 3 e dos resultados obtidos durante a anlise computacional, monte o circuito experimental proposto. Mantenha as fontes Vgs e Vcc desligadas.

Nota2: Verifique a disposio dos terminais do MOSFET.


b) Ligue a fonte Vgs e ajuste o sinal de tenso, aplique-o aos terminais G e S do MOSFET de modo a polariz-lo e regule a amplitude do sinal de modo a ajustar o valor da tenso ao exigido; ligue a fonte Vcc, conecte-a ao circuito e regule a tenso desta fonte de modo a ajustar o valor da tenso Vds medida por um voltmetro ao exigido e com um ampermetro mea a corrente no dreno Id obtida. Este procedimento deve ser repetido e os campos da Tabela 1 preenchidos.


Corrente no coletor medida Id (mA)

Vds (V)

0 0,1 0,2 0,3 0,5 1 1,5 2 3 4

1,5

1,7

1,8

1,9

22

Vgs(V)

2,1

7. QUESTIONRIO

a) Traar as curvas Id = f(Vds) e Id = f(Vgs) do MOSFET: experimental e simulada.

Nota3: A Figura 4 no Apndice pode ser utilizada como exemplo ilustrativo.

b) Comente detalhadamente a respeito das curvas traadas em (a) do item (7) explorando os seguintes tpicos: polarizao utilizada, curvas caractersticas e limites de operao.

c) Consultando a folha de dados do FET adotado durante a prtica, comente a respeito das principais caractersticas de operao, bem como os limitantes de operao.

d) Pesquise os tipos de MOSFET: MOS de sinal, DMOS, VMOS, UMOS e MOSFET de Potncia.

8. APNDICE


Vds(V)0V 2V 4V 6V 8V 10V

0A

0.5A

1.0A

1.3A

Id(A)

Vg = 1,8V

Vg = 2V

Vg = 2,2V

Vg = 2,4V

Vg = 3V

Figura 4 - Curva caracterstica de sada Id = f(Vds) obtida em simulao.


PRTICA N 08 FET OPERANDO COMO CHAVE

1. OBJETIVOS

O objetivo principal desta prtica o projeto e a analise de um drive de acionamento de um MOSFET de potncia mediante simulao e experimentao.

2. INFORMAO TERICA

Uma aplicao dos transistores MOSFET de potncia bastante comum em circuitos de processamento de energia, onde os estados de corte e de saturao devem ser definidos. Circuitos auxiliares capazes de acionar tais chaves so necessrios, de modo a permitir que circuitos de sinais controlem circuitos de potncia elevada.

Estando o MOSFET trabalhando como chave e aplicada uma tenso dreno-fonte maior ou igual tenso de limiar (Vgsth), os fenmenos de armazenamento ou recombinao dos portadores minoritrios, que caracterizam os aspectos capacitivos eletrostticos e de depleo, vo determinar seu comportamento em comutao, conforme a Figura 1. Portanto, as cargas a remover so das capacitncias intrnsecas, razo pela qual durante a comutao so exigidas correntes de porta elevada, quando so desejados tempos de comutao reduzidos mesmo em operao em baixa freqncia, de modo a minimizar a potncia perdida na comutao. A capacitncia de entrada definida como a soma entre as capacitncias gate-dreno (Cgd) e gate-source (Cgs), e a capacitncia de sada a capacitncia dreno-source (Cds).

M1

Cgd

CdsCgs

D

G

S Figura 1 - Representao das capacitncias intrnsecas.

A anlise do circuito, apresentado na Figura 2, fundamenta-se nos estados bem definidos de corte e de saturao da chave de potncia, cujo sinal de controle gerado por um drive de acionamento. Na primeira etapa, um sinal nvel alto (5V) gerado pela fonte de tenso V1, o transistor Q2 entra em estado de saturao e passa a conduzir uma correte de coletor Ic2, o divisor de tenso formado pelas resistncias R4 e R5 garante que o transistor Q3 entre em estado de saturao e conduza uma corrente Ie3, uma parcela desta corrente faz o diodo D1 conduzir, Q1 entrar em estado de corte, um impulso elevado de corrente exigido e uma tenso Vgs surge entre os terminais G e S. Na segunda etapa, um sinal de nvel baixo (0V) gerado pela fonte de tenso V1, o transistor Q2 entra em estado de corte e no mais circular a corrente Ic2, estando os terminais de base e emissor do transistor Q3 no mesmo potencial (15V), este estar em estado de corte, a carga armazenada no capacitor intrnseco Cgs contribui para o aparecimento de uma tenso capaz de polarizar o transistor Q1, levando-o a saturao e drenando rapidamente a carga armazenada, proveniente da etapa anterior (quando saturado).




Vpulse

Q2

Q3

Q1

M1D1

R1120

R2

22

R3

R4

R6R710k

R5

Vcc

Vcd

0

0

Ic2

Ie3

Id ID1

D2680

+-

+-

VC2VE1

Vgate

Vdreno




Vcc = 15 [V] [Tenso contnua aplicada ao circuito de potncia]; e Vcd = 15 [V] [Tenso contnua aplicada ao circuito de controle].


Hfe = = 40 [Ganho de corrente dos transistores para saturao forte]; Id1 = 400 [mA] [Corrente de gatilho]; Vbe = 0,7 [V] [Tenso da juno base-emissor]; Vpulse = 2,7 [V] [Amplitude da tenso forma de onda quadrada Don = 0,25]; fc = 10 [kHz] [Freqncia do sinal de entrada]; D1 UF4007 [Diodo Ultra Fast Recovery]; D2 1N5246 [Diodo zener 16V 0,5W]; M1 IRF 540 [Mosfet de Potncia]; Q2 BC546 [Transistor TBJ NPN utilizado]; e Q1, Q3 BC327 [Transistor TBJ PNP utilizado].

Os instrumentos e equipamentos utilizados nesta prtica so listados a seguir:

Osciloscpio (1); Multmetro (1); Gerador de funo (1); e Fonte de tenso CC (1).





b) Simular o circuito no ORCAD referente ao procedimento, analisar resultados esperados e esboar algumas formas de onda pertinentes (VC2, VE1, Vgate e Vdreno) no Quadro 1.

6. PROCEDIMENTO

a) A partir do esquemtico apresentado na Figura 2 e anlise dos resultados obtidos no pr-laboratrio monte o circuito experimental proposto. Mantenha as fontes Vcd e Vcc desligadas.

b) Com o sinal de tenso Vpulse corretamente calibrado, aplique-o ao circuito de modo a polarizar a juno base-emissor de Q2, mantendo assim uma corrente de base pulsada; ligue a fonte de tenso Vcd e a conecte ao circuito de controle, ajuste a tenso desta para o valor considerado e verifique com o osciloscpio as formas de onda de tenso em VC2, VE1 e Vgate. Em seguida, ligue a fonte de tenso Vcc e a conecte ao circuito de potncia, ajuste a tenso desta para o valor considerado e verifique com o osciloscpio a forma de onda de tenso em Vdreno. Esboce as formas de onda experimentais requeridas no Quadro 1.

Quadro 1. Formas de onda simulada e terica.

0

0

0

VC2(V)

VE1(V)

Vgate(V)

t( )

t( )

t( )

0

Vdreno(V)

t( )


7. QUESTIONRIO

a) Traar as formas de onda de tenso experimental e simulada: VC2, VE1, Vgate e Vdreno.

b) Comente detalhadamente a respeito das curvas traadas em (a) do item (7) tomando como referncia o comportamento do circuito.

c) Determine a perda total do MOSFET em simulao.

Nota1: Procedimento para clculo apresentado no apndice.

d) Pesquisar a respeito dos tipos de encapsulamento para MOSFET.

e) Apresente um circuito detalhado para acionamento de MOSFET de potncia (diferente do apresentado na prtica) e apresente uma explicao detalhada do seu funcionamento.

f) Explique a funo dos componentes D2 e R7 no circuito da Figura 3.

g) Pesquise aplicaes prticas que utilizem o MOSFET funcionando como chave.

8. APNDICE

Clculo das perdas para MOSFET de potncia.

Time

3.14995ms 3.15000ms 3.15005ms 3.15010ms 3.15015ms 3.15020ms

0

50

100

-20

IDVCC

DSiD ,v

VDSsat

t r0 t

(a)

(b) Figura 3 Perdas: (a) entrando em conduo e (b) detalhes.


(a)

(b)

Time

3.479600ms 3.480000ms 3.480400ms3.479285ms 3.480796ms

0

50

100

-20

IDVCC

DSiD ,v

VDSsat

t f0 t

Figura 4 Perdas: (a) entrando em bloqueio e (b) detalhes.

Perdas do MOSFET em conduo

Perdas na entrada em conduo

( )

( )

==

===

=

S

onDDSDeffDScondMOS

S

onD

t

DS

t

DS

Deff

DD

TtIRIRP

TtIdtI

Tdtti

TI

Itionon

22

0

2

0

2 1)(1

)(

( )( )

( ) ( )

SrDCConMOS

t

SonMOS

DSD

CCDS

r

DD

ftIVP

dtpT

P

tvtitpVtv

ttIti

r

onMOS

MOS

=

=

==

=

21

1

)(

)(

0)( )(


Perdas do MOSFET no bloqueio

Perda Total do MOSFET

( )( )

( ) ( )

SfDCCoffMOS

t

SoffMOS

DSD

CCDS

f

DDD

ftIVP

dtpT

P

tvtitpVtv

ttIIti

f

offMOS

MOS

=

=

==

=

21

1

)(

)(

0)( )(

)()()()( offMOSonMOScondMOSTotalMOS PPPP ++=


PRTICA N 09 FET OPERANDO COMO AMPLIFICADOR DE SINAIS

1. OBJETIVOS

O objetivo principal desta prtica o projeto e a analise do funcionamento de um MOSFET canal N como amplificador de sinais mediante simulao e experimentao.

2. INFORMAO TERICA

Fazendo uso da configurao de polarizao por divisor de tenso, o MOSFET capaz de amplificar pequenos sinais. Durante a etapa de projeto, uma seqncia de passos deve ser seguida de forma a facilitar a anlise e a compreenso do circuito. Primeiramente, faz-se uso da anlise CC como forma de dimensionar os valores dos componentes do circuito para um ponto de operao corretamente escolhido; em seguida, fazendo uso da anlise AC (anlise de pequenos sinais) determinam-se os diversos parmetros do circuito (ganho de tenso, ganho de corrente, impedncia de entrada e impedncia de sada). So ilustrados nas Figuras 1(a), (b) e (c) o circuito amplificador adotado, o circuito necessrio anlise CC e o circuito adotado anlise AC (fazendo uso do modelo T com resistncia rO), respectivamente.

Q1

Rd

Rs

R1

R2R4

R3 C1

Cs

Cd

RLVi

Vcc

0

0(a)

Rd

Rs

R1

R2

Vcc

0

0

+-

(b)

Q1

RdR2R1R4

R3

RLVi

0

ro

G D

S

ig

(c)

1/gm

idii=0ii

Figura 1 - (a) Circuito amplificador, (b) circuito utilizado para anlise CC e (c) circuito utilizado para anlise AC.

Nota: Nota-se que ao circuito da Figura 1(a) so acrescentados os resistores 3 e 4, fato que se justifica pela necessidade de medio da corrente de entrada no circuito durante a anlise experimental, como forma de serem comparados os parmetros de pequenos sinais obtidos por experimento, simulao e anlise terica.



O esquemtico do circuito experimental tratado na Figura 2.

Rd

Rs

R1

R2R41k

R3

1k

C1

10u

Cs22u

Cd

10u

RL10kVi

Vcc

0

0

12

+

-

+

- +

++-

-

-

G

D

S

Q1




Vcc = 20 [V] [Tenso contnua aplicada ao circuito de sada]. Para o projeto devem ser tratadas as seguintes consideraes:

Vd = 8 a 10 [V] [Intervalo de tenso mdia adotado em projeto]; Vgs = 1,8 [V] [Tenso no gate-source]; Pd = 0,7 [W] [Potncia dissipada no MOSFET]; Vds = 8 [V] [Tenso de saturao do MOSFET]; Vi = 100 [mV] [Tenso de pico a pico]; fc = 10 [KHz] [Freqncia do sinal de entrada]; e Q1 2n7000 [MOSFET VMOS canal N utilizado].


Osciloscpio (1); Gerador de funo (1); Multmetro (1); e Fonte de tenso CC (1).

Nota1: Adotou-se o ponto de operao utilizando a curva caracterstica de sada do componente, considerando a curva para um Vgs (1,8V) e Vds (8V).

Nota2: aconselhvel utilizar resistores com tolerncia reduzida para os elementos R3, R4 e RL.




a) Determinar e especificar os resistores comerciais utilizados necessrios a polarizao CC; e


6. PROCEDIMENTO

a) A partir do esquemtico apresentado na Figura 2 e dos resultados obtidos durante a anlise computacional monte o circuito experimental proposto. Mantenha a fonte Vcc desligada.

b) Com o sinal de tenso Vi corretamente calibrado, conecte-o ao circuito de entrada de tal forma que o sinal AC aplicado ao circuito (ponto 1) seja amplificado na sada (ponto 2). Ligue a fonte Vcc. Fazendo uso do osciloscpio: mea a tenso (pico a pico) no ponto 1, mea a tenso (pico a pico) no ponto 2, e finalmente mea a tenso (pico a pico) sobre o resistor R3. Preencha a Tabela 1.

Tabela 1. Resultados: terico, simulado e experimental.

Valores de tenso (pico a pico terico, simulado e experimental) [V]


Ponto 1

Ponto 2

Resistor R3

Parmetros do modelo de pequenos sinais


Av (ganho de tenso)

Ai (ganho de corrente)

Zi (impedncia de entrada)

Zo (impedncia de sada)

7. QUESTIONRIO

a) Apresente as formas de onda experimentais nos pontos 1 e 2 (Figura 2), e comente os resultados.

Nota: a Figura 3 no Apndice pode ser utilizada como exemplo ilustrativo.

b) Explique o procedimento experimental para se obter os parmetros do modelo AC.

c) Apresente o equacionamento em forma literal referente aos parmetros do modelo de pequenos sinais para o circuito proposto na Figura 2. Faa uso deste equacionamento e obtenha os parmetros do modelo de pequenos sinais terico e simulado.

d) Comente e compare detalhadamente os resultados obtidos por meio da anlise terica, simulao e experimento para o modelo de pequenos sinais, conforme a Tabela 1.


e) Fazendo referncia a uma aplicao do MOSFET como amplificador de sinais, apresente um circuito amplificador de udio utilizando MOSFET e descreva o seu funcionamento.

8. APNDICE

Time

9.0ms 9.2ms 9.4ms 9.6ms 9.8ms 10.0msV(dreno)

4V

8V

12VV(ponto2)

-4.0V

0V

4.0VV(ponto1)

-40mV

0V

40mV

Figura 3 - Formas de onda obtidas em simulao.


PRTICA N 10 CIRCUITOS COM AMPLIFICADORES OPERACIONAIS

1. OBJETIVOS

O objetivo principal desta prtica levantar e traar a curva de ganho em freqncia referente dinmica de um amplificador operacional (AMP-OP) real e verificar no idealidades.

2. INFORMAO TERICA

Um amplificador operacional ideal um amplificador de alto ganho, com banda-passante ilimitada. O amplificador operacional real normalmente construdo recorrendo utilizao de sub-circuitos, compostos por transistores TBJ e ou FET como componentes ativos, de modo a reunir em uma nica pastilha circuitos elaborados. Algumas limitaes de ordem fsica (ganho infinito, necessidade de correntes ou tenses de polarizao, realimentao e no linearidades, entre outros) vo condicionar as caractersticas de operao estvel. Circuitos de compensao interna so projetados de modo a reduzir o ganho em malha aberta (AVD) com o aumento da freqncia, garantindo assim a estabilidade. Em aplicaes prticas, comum o uso de componentes passivos (resistores e capacitores, entre outros) conectados externamente ao AMP-OP, de modo a reduzir o ganho de tenso do circuito a um valor bastante reduzido (ganho em malha fechada, ACE), acarretando assim a uma srie de benefcios como: o ganho de tenso do amplificador mais estvel e preciso, o qual estabelecido por componentes externos; a impedncia de entrada do circuito assume um valor maior em relao ao AMP-OP isolado; a impedncia de sada do circuito assume um valor menor em comparao ao AMP-OP isolado; e a resposta em freqncia do circuito ocupa uma faixa maior do espectro de freqncia.

O grfico do ganho em funo da freqncia (Av = f(fs)) obtido a partir de um circuito com AMP-OP, ilustrado na Figura 1, trata o comportamento do ganho de tenso, quando um sinal de tenso senoidal com amplitude definida e freqncia varivel aplicado entrada. A freqncia tratada no eixo das abscissas em escala logartmica e o ganho tratado no eixo das ordenadas em [V/V]; comumente o ganho tratado em decibis [dB], conforme a Eq. (1).

0

Av [V/V]

fs [Hz]fc

0,707.AVDAVD

f11

Figura 1 - Grfico do ganho em funo da freqncia.

|)log(|.20ViVoAv = (1)

Nota-se na Figura 1, que em baixas freqncias, prximo operao DC (abaixo de fc), o ganho dado por AVD, a freqncia de corte (fc) do AMP-OP definida para 70,7% do ganho DC e a freqncia para ganho unitrio (f1) ocorre para a tenso de sada igual tenso de entrada.




LM741+3

-2

V+7

V-4

6RL

RF

R010k

0

Vsin

00

Vcc

Vcc0+-

+-

Vi VoC1




Vcc = 15 [V] [Tenso contnua aplicada ao circuito]. Para o projeto devem ser tratadas as seguintes consideraes:

Vsin = 1 [V] [Tenso de pico a pico do sinal senoidal]; fs = 100 a 1M [Hz] [Freqncia do sinal senoidal]; e C1 LM 741 [AMP-OP utilizado].


Multmetro (1); Osciloscpio (1); Gerador de funo (1); e Fonte de tenso CC (2).



a) Simular o circuito no ORCAD referente ao procedimento, analisar resultados esperados, traar algumas formas de onda pertinentes e preencher a Tabela 1.

6. PROCEDIMENTO

a) A partir do esquemtico apresentado na Figura 2 e dos resultados obtidos durante a anlise computacional, monte o circuito experimental proposto. Mantenha as fontes Vcc desligadas.

Nota1: aconselhvel utilizar resistores com tolerncia reduzida para os elementos RF e RL.


b) Utilizando as resistncias RF=10k e RL=1k, aplique ao ponto (Vi) o sinal de tenso senoidal com tenso pico-a-pico constante e freqncia definida na Tabela 1. Ligue as fontes Vcc e mea a tenso no ponto Vo com o osciloscpio e determine a resposta em freqncia para o ganho do AMP-OP (Av).

c) Obtenha a freqncia de corte (fc) e a freqncia para ganho unitrio (f1) do AMP-OP.

d) Repetir os passos (b) e (c) do item (6), para as resistncias RF=22k e RL=1k.


Fs (Hz) 100 300 700 1k 3k 7k 10k

Vi (Vpp)

Vo (Vpp)

Av (V/V)

Av (dB)

Fs (Hz) 30k 70k 100k 200k 300k 700k 1M

Vi (Vpp)

Vo (Vpp)

Av (V/V)

Av (dB)

Fc (Hz) F1 (Hz)

Nota: A Tabela 1 deve ser replicada para cada circuito experimental.

7. QUESTIONRIO

a) Traar as curvas de ganho Av [dB] = f(fs [Hz]) (grfico de ganho) para os passos (b) e (d) do item (6): experimental e simulada.

b) Comparar as curvas de ganho traadas em (a) item (7) (indicando valores de freqncia de corte) com aquela esperada para o modelo real do amplificador operacional (folha de dados) e comente detalhadamente seus resultados.

c) Explique o comportamento das formas de onda apresentadas na Figura 3.

d) Consultando a folha de dados do AMP-OP adotado durante a prtica e comente a respeito das principais caractersticas de operao, bem como os limites de operao.

e) Para AMP-OP defina os principais parmetros relacionados: ganho diferencial, ganho de modo comum, largura de banda, impedncia diferencial de entrada, impedncia de sada, mxima taxa de crescimento da tenso de sada e tenso de desvio de entrada.

f) Explique o procedimento experimental para se obter o grfico de fase.

g) Consultando a folha de dados dos AMP-OPs: LM741 e LM311; faa um comparativo entre as suas caractersticas e indique aplicaes especficas mais adequadas ao uso destes (baseado no roteiro desta prtica).


8. APNDICE

Time

450ms 460ms 470ms 480ms 490ms 500ms

-5.0V

0V

5.0V

Time

912.00us 914.00us 916.00us910.82us

Vi(1Vpp) Vo

-500mV

0V

500mV

Frequncia de 100 Hz

Frequncia de 1 MHz

Vi(1Vpp) Vo

Figura 3 Formas de onda obtidas em simulao (com RF=10k e RL=1k) para as frequncias de 100 Hz e 1 MHz.


PRTICA N 11 APLICAES PRTICAS COM LM741

1. OBJETIVOS

O objetivo principal desta prtica analisar e verificar o comportamento do amplificador operacional (AMP-OP) em diferentes aplicaes mediante simulao e experimentao.

2. INFORMAO TERICA

Diversos circuitos analgicos e circuitos digitais fazem uso AMP-OP em aplicaes que exigem a manipulao de sinais, tais como: comparao, amplificao e integrao, entre outras; de modo a explorar suas caractersticas construtivas.

Um modelo equivalente de um AMP-OP ideal, descrito por um circuito esquemtico, ilustrado na Figura 1. Verificam-se alguns elementos essenciais ao modelo ideal: impedncia de entrada (Ri), impedncia de sada (Ro) e o ganho de tenso (Av).

-++-

Av

GAIN = 200

Ri2e6

Ro

750

V-

V+

Vo

E

Figura 1- Modelo ideal LM 741.

Como forma de limitar o ganho componente em malha aberta elementos externos so conectados ao AMP-OP, contribuindo assim para um ganho limitado em malha fechada. apresentado na Figura 2 um modelo equivalente ao modelo real do LM741 utilizado em simulao.

U1

LM741

+3

-2

V+7

V-4

OUT 6

OS11

OS25

Figura 2- Modelo simulado referente ao LM 741.

Portanto, o LM741 integra uma grande variedade de circuitos clssicos de modo a serem exploradas suas caractersticas de operao. Os seguintes circuitos a serem experimentados so citados: seguidor, comparador, amplificador inversor, amplificador no-inversor e somador inversor, entre outras combinaes.




+3

-2

4

6

1

5

V-

V+

Va Ro10k

0

7

(a)

Vo1

+3

-2

7

4

6

1

5

V-

V+

Vb Ro10k

0

Va

(b)

Vo2

+3

-2

7

4

6

1

5

V-

V+

RF

RL

0

Va

Ro10k

0(c)

Vo3

V-

+3

-2

7

4

6

1

5

V+

RF

RL

Va Ro10k

0

0

(d)

Vo4

V-

+3

-2

7

4

6

1

5

V+

RF

RL2

0

Vb

Ro10k

0

RL1Va

(e)

Vo5

0

V-

+3

-2

7

4

6

1

5

V+

Ro10k

0

Vcc

Vcc-

-

+

+

(f)

Vo

Figura 3. Esquemticos a serem montados durante o experimento: (a) seguidor, (b) comparador, (c) amplificador inversor, (d) amplificador no-inversor, (e) somador inversor e (f) detalhe da

alimentao do integrado.




Vcc = 15 [V] [Tenso contnua aplicada ao circuito]; e Av = 2 [V/V] [Ganho dos circuitos].


C1 LM 741 [AMP-OP utilizado]; Va = 6 [V] [Tenso de pico a pico do sinal senoidal]; fa = 1 [kHz] [freqncia do sinal Va]; e Vb = -2 [V] [Tenso contnua].


Voltmetro (1); Osciloscpio (1); Gerador de funo (1); e Fonte de tenso CC (2).




b) Simular o circuito no ORCAD referente ao procedimento, analisar resultados esperados, traar algumas formas de onda pertinentes no Quadro 1.

Nota1: Utilize um potencimetro 2,2K/1W para obter a tenso contnua Vb.

Nota2: Adote valores para as resistncias acima de 10K.

6. PROCEDIMENTO

a) A partir do esquemtico apresentado na Figura 2 e dos resultados obtidos durante a anlise computacional, monte os circuitos experimentais propostos. Mantenha as fontes Vcc desligadas.

b) Ligue as fontes Vcc, para o circuito (a) da Figura 2 trace no Quadro 1 a forma de onda Vo1.

c) Para o circuito (b) da Figura 2 trace no Quadro 1 a forma de onda Vo2.

d) Para o circuito (c) da Figura 2 trace no Quadro 1 a forma de onda Vo3.

e) Para o circuito (d) da Figura 2 trace no Quadro 1 a forma de onda Vo4.

f) Para o circuito (e) da Figura 2 trace no Quadro 1 a forma de onda Vo5.


Quadro 1. Forma de onda simulada e forma de onda experimental.

0

0

0

Vo1(V)

Vo2(V)

Vo3(V)

t( )

t( )

t( )

0

Vo4(V)

t( )

0

Vo5(V)

t( )

7. QUESTIONRIO

a) Apresente as formas de onda experimentais e simuladas obtidas.

b) Para cada um dos circuitos apresentados na Figura 2 determine a expresso para o ganho de tenso (Av) em forma literal, em funo das tenses aplicadas s portas e resistncias do circuito.

c) Para os resultados experimentais e simulados obtidos, faa um breve comentrio.

d) Utilizando o modelo ideal do LM741 apresentado na Figura 1, apresente e justifique os resultados de simulao obtidos referente ao esquemtico (e) da Figura 3.

e) Para o circuito do amplificador diferencial apresentado na Figura 4 (tambm conhecido como amplificador diferenciador de instrumentao), determine a expresso que relaciona a tenso de sada (Vo) em funo da corrente (Is) e das resistncias do circuito.


f) Para o circuito do amplificador diferencial apresentado na Figura 4, supondo uma corrente Is capaz de variar de 0 a 1A, determine as resistncias do circuito de modo que a tenso na sada Vo possa variar de 0 a 10 V (proporcional a variao da corrente) e valide seus resultados obtidos por simulao (adote Rs = 1 e as demais resistncias valores acima de 10k).

R5

Rs

0

U1

+3

-2

7

4

6

0

+Vcc

R2

R4

R3

R1Vb

VaIs

0

Vo

Figura 4- Amplificador diferenciador de instrumentao.


PRTICA N 12 FILTROS ATIVOS

1. OBJETIVOS

O objetivo principal desta prtica analisar e verificar o comportamento dos diferentes filtros ativos mediante simulao e experimentao.

2. INFORMAO TERICA

Diversos circuitos de potncia e circuitos de sinais fazem uso de filtros. Os filtros so circuitos adicionais, cuja funo permitir a banda passante em determinadas faixas de freqncia e atenuar as demais, de modo a limitar e ou definir a sua dinmica caracterstica ao longo do espectro de freqncia. Os filtros ativos utilizam um Amplificador Operacional (AMP-OP), que acrescido ao filtro RC (filtro passivo), cuja funo ajustar o ganho e isolamento de sinal, de modo a manter as caractersticas em freqncia do filtro passivo constante.

So apresentadas na Figura 1 as caractersticas de resposta em freqncia pertencentes aos filtros de 1 ordem: passa-baixas e passa-altas; na Figura 2 so mostrados os esquemticos dos circuitos respectivos; e as Eqs. (1) e (2) definem a freqncia de corte (fc) do filtro RC e o ganho de tenso DC do amplificador operacional (AvAO).

10 100 1.103 1.104 1.10540

20

0

20

40

50

0

90

20

0

20

0

50

100

10 100 1.103 1.104 1.105

10 100 1.103 1.104 1.105 10 100 1.103 1.104 1.105

(a) (b)fase

mdulo

fase

mdulo

Figura 1- Resposta em freqncia para os filtros ativos: (a) passa-baixas e (b) passa-altas.

CRfc

...21

= (1)

RLRFAvAO += 1 (2)


O filtro passa-baixas permite a passagem apenas das componentes do sinal com freqncia abaixo da freqncia de corte e o filtro passa-altas permite a passagem apenas das componentes do sinal com freqncia acima da freqncia de corte. notado na Figura 1 ganho de tenso unitrio.



+3

-2

V+7

4

6

+VCC

-VCC

RL RF

R

CRo

00

0

Vsin

0

Vcc

Vcc

-VCC

+VCC

0+3

-2

V+7

V-4

6

-VCC

+VCC

RL RF

R

C

Ro10k

0

0

00

V-

10kVsin

(a) (b)

ViVi'

ViVi'

VoVoC1 C1




Vcc = 15 [V] [Tenso contnua aplicada ao circuito]. Para o projeto devem ser tratadas as seguintes consideraes:

Vsin = 1 [V] [Tenso de pico a pico do sinal senoidal]; fs = 100 a 1M [Hz] [Freqncia do sinal senoidal]; e C1 LM 741 [AMP-OP utilizado].

Nota1: Adotar RF = 10k e RL = 1k. Os instrumentos utilizados nesta prtica so listados a seguir:

Voltmetro (1); Osciloscpio (1); Gerador de funo (1); e Fonte de tenso CC (2).



a) Identificar na Figura 2, o tipo de filtro (passa-baixas ou passa-altas).

b) Determinar a freqncia de corte (fc) do filtro e a freqncia de ganho unitrio (f1) do conjunto AMP-OP mais filtro RC (filtro ativo) para cada configurao.


c) Simular o circuito no ORCAD referente ao procedimento, analisar resultados esperados, traar algumas formas de onda pertinentes e preencher a Tabela 1.

6. PROCEDIMENTO

a) A partir do esquemtico apresentado na Figura 2 e dos resultados obtidos durante a anlise computacional, monte os circuitos experimentais propostos. Mantenha as fontes Vcc desligadas.

Nota2: aconselhvel utilizar resistores com tolerncia reduzida para os elementos RF e RL.

b) Utilizando C=1 nF e R=10 k, aplique ao ponto (Vi) o sinal de tenso senoidal com tenso pico-a-pico constante e freqncia definida na Tabela 1, mea a tenso nos pontos Vo e Vi com o osciloscpio e determine a resposta em freqncia para o ganho do filtro ativo (Av).

c) Verifique as freqncias de corte (fc) do filtro e ganho unitrio (f1) do filtro ativo.

d) Repetir os passos (b) e (c), com C=1 nF e R=22 k para ambos os circuitos.


Fs (Hz) 100 300 700 1k 3k 7k 10k

Vi (Vpp)

Vo (Vpp)

Av (V/V)

Av (dB)

Fs (Hz) 30k 70k 100k 200k 300k 700k 1M

Vi (Vpp)

Vo (Vpp)

Av (V/V)

Av (dB)

Fc (Hz) F1 (Hz)

Nota3: A Tabela 1 deve ser replicada para o cada circuito experimental.

7. QUESTIONRIO

a) Traar as curvas de ganho Av = f(fs) para os passos (b) e (d) referente ao filtro ativo e o filtro RC: experimental e simulada.

b) Comparar as curvas de ganho traadas em (a) com aquela esperada para o modelo real do amplificador operacional (folha de dados) e comente a influncia do AMP-OP durante a anlise do ganho do filtro ativo.

c) Pesquise a respeito de trs aplicaes em circuitos eletrnicos que exijam o uso de filtros ativos.

d) Projete um filtro ativo passa-altas e considerando um dado ponto de operao apresente: o comportamento da resposta em freqncia (mdulo e fase), o circuito proposto, determinao da freqncia de corte, especificao dos componentes comerciais e comente seus resultados.

Nota4: tratado na Planilha 1 do Apndice o projeto de um filtro passa-baixas.


8. APNDICE

PLANILHA 1: Projeto de um filtro passa-baixas.

10 100 1 .103 1 .104 1 .105 1 .106

20

0

20

20 log Vo s( )( )0

150

100

50

0

180

arg Vo s( )( )90

10 100 1 .103 1 .104 1 .105 1 .106

R1 56K := (Resistncia para ajuste do ganho)

R2 56K := (Resistncia para ajuste do ganho)

f 20000:= [Hz] (Componente de freqncia mxima do sinal)

1. Adotando freqncia de corte (foh) abaixo de uma dcada

foh f 101:= foh 2 10

3= [Hz]

2. Para Rt = 1K determina-se o valor da capacitncia Rt 1000:= []

Co1

2 Rt foh:= Co 7.958 10 8= [F]

3. A partir da funo de transferncia do filtro passa-baixas

Vo s( ) 1R2R1

+

11 Co Rt s j+

:=

fohf

10


PRTICA N 13 FONTE AUXILIAR REGULADA A TRANSISTOR COM PROTEO DE CURTO-CIRCUITO

1. OBJETIVOS

O objetivo principal desta prtica dimensionar os componentes de uma fonte auxiliar regula a transistor, ajustar a proteo de curto-circuito, e verificar os resultados obtidos mediante simulao e experimentao.

2. INFORMAO TERICA

A maioria das fontes de baixa potncia utiliza a tenso regulada em um diodo zener para alimentar cargas resistivas. A fonte de tenso regulada a diodo zener utiliza um resistor de potncia em srie, capaz limitar a corrente fornecida carga e ao diodo, de tal forma que a tenso na sada permanea constante, desde que sejam obedecidas as especificaes de projeto. Algumas desvantagens obtidas nesta fonte podem ser citadas: perdas no resistor de potncia, perda da regulao com aumento da carga e aplicao limitada aos circuitos de sinais, entre outras. Com o simples acrscimo de um transistor TBJ, uma pequena corrente regulada injetada na base pode ser amplificada no termina de coletor e controlar a corrente drenada por uma carga; diferentes circuitos auxiliares podem ser desenvolvidos como forma de tornar o dispositivo mais robusto, onde so citados: circuito de proteo contra curto-circuito, proteo contra sobre tenso e circuitos com realimentao em tenso/corrente, diversos outros.

O princpio de funcionamento da fonte regulada a transistor com proteo de curto-circuito ilustrado pelo diagrama de blocos na Figura 1, onde a tenso na sada amostrada por um circuito, que prov uma tenso de realimentao para ser comparada com uma tenso de referncia, que resulta na atuao de um elemento de controle.

Ve(entradano-regulada)

Elemento de controle

Circuito de amostragem

Circuito comparador

Tenso dereferncia

Vo(sadaregulada)

Figura 1 Diagrama de blocos de uma fonte regulada a transistor.

O circuito de proteo contra curto-circuito projetado de modo que a corrente fornecida carga no ultrapasse a especificao de projeto. Quando um curto-circuito ocorre, o aumento da corrente provoca um aumento da queda de tenso na resistncia srie (Rs), de modo que o aumento da tenso na juno base-emissor polariza o transistor de proteo (Q2), o qual capaz de drenar parte da corrente de regulao do zener, de modo a manter a corrente de carga sempre constante.

Para a correta escolha dos componentes do circuito so estabelecidos alguns critrios: o limite de potncia dissipada nos componentes no deve ser excedido, o valor da resistncia de R3 deve ser fixado acima de 10k e o valor da resistncia de R1 deve ser determinado de modo a garantir que o diodo opere na regio de regulao. Sendo assim, os demais elementos devem ser determinados.




R2

R1

Q2

C1

10uF

0

Ve

R3

D1

Q1

18k

Led

Rs

Io

Ro

+A+

0...0.2 A

Vo

+

-V

0...20 V

-

D2

15

D3

R410k




Ve = 15 [V] [Tenso contnua aplicada ao circuito]; Vo = 10 [V] [Tenso na sada]; Po = 0,5 [W] [Potncia de sada]; e Icc = 60 [mA] [Corrente de curto circuito].


= 150 [Ganho do TBJ Q1]; Q1 BD139 [Transistor de ganho]; Q2 BC546 [Transistor de proteo operando como chave]; D1 D1N5240 [Diodo Zener 10V/0,5W]; e D2, D3 1N4148 [Transistor standard].

Os instrumentos e equipamentos utilizados nesta prtica so listados a seguir:




a) Determinar e especificar os resistores utilizados; e



6. PROCEDIMENTO

a) A partir do esquemtico apresentado na Figura 2 e dos resultados obtidos durante a anlise computacional, monte o circuito experimental proposto. Mantenha a fonte Ve desligada.

b) Ligue a fonte Ve e com um ampermetro conectado a carga, ajuste a corrente de sada para os valores definidos na Tabela 1, mea a tenso na carga (Ro) e preencha a Tabela 1.

Nota1: Para a carga Ro utilize um potencimetro 10K/1W.


Io (mA) 5 10 15 20 30 40 50 60 70 80

Vo (V)

Simulado

Vo (V)

Experimental

7. QUESTIONRIO

a) Traar as curvas de ganho Vo = f(Io): experimental e simulada.

b) Comparar as curvas traadas em (a) do item (7) e explique seus resultados.

c) Explique detalhadamente o comportamento dos componentes internos fonte quando um curto-circuito aplicado sada. Justifique sua resposta por meio de simulao.

d) Apresente o procedimento de clculo necessrio especificao dos componentes do circuito.

e) Comente a funo dos diodos D2 e D3 no circuito.

f) Pesquise a respeito da configurao Darlington e de que forma ela pode ser aplicada ao circuito da Figura 2.

g) Explique o comportamento do circuito apresentado na Figura 3, ressaltando a funo de cada componente do circuito.

8. APNDICE

R1

Dz

Q1

Q2

Rsc

R2

R3

RL+

-

0

+VCC

-VCC

0 0

Ve Vo

U1

Figura 3 Circuito limitador de corrente com AMP-OP.


PRTICA N 14 CIRCUITOS REGULADORES INTEGRADOS

1. OBJETIVOS

O objetivo principal desta prtica realizar uma aplicao dos circuitos reguladores integrados no projeto de uma fonte de tenso simtrica e verificar os resultados obtidos mediante simulao e experimentao.

2. INFORMAO TERICA

Os circuitos reguladores de tenso integrados so capazes de transferir de forma bastante eficiente a potncia para a carga alimentada, onde tal transferncia se d por pulsos de tenso que so filtrados de modo a produzir uma tenso CC uniforme. tratada na Figura 1 uma representao em blocos do regulador de tenso com trs terminais, comumente encontrada.

Carga

Io

Correntede carga

Regulador de tenso

IN OUT

GND

Tenso desada regulada

Vo

+

-

+

-

Tensode entrada

Ve

no-regulada

Tenso diferencialsada-entrada

Figura 1 - Representao em blocos do regulador de tenso de trs terminais.

Uma fonte de tenso simtrica pode ser projetada, utilizando-se um transformador com derivao conectado rede AC, de modo que a tenso seja reduzida a um nvel de amplitude desejada, retificada, filtrada e finalmente regulada fazendo uso de um circuito regulador integrado.



C2

IN1 OUT 2GND

3

C1

+ 3

- 2

V+7

V-46

Q1

R14.7k

R24.7k0

0

C11u

C2100nVcc

praticas eletronica analogica

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