Experimento Pratico Eletrônica Analógica 1 Jfet Atraves do Falstad

ELT 313 LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA ANALÓGICA I ENGENHARIA ELÉTRICA Laboratório Nº7 Transistor de Efeito de Campo de Junção JFET OBJETIVOS Testar JFET com multímetro digital Desenhar a curva de transcondutância Desenhar a curva do dreno Verificar a grande dispersão nos valores dos parâmetros entre um exemplar e outro Polarizar o JFET e utilizálo como amplificador Utilizar o JFET como Fonte de Corrente Chave Analógica e como Resistência Variável LISTA DE MATERIAL Osciloscópio de dois canais 20MHz Gerador de funções Multímetro digital 2 Fonte de alimentação DC 15V 1A ProtoBoard 1 Componentes eletrônicos BF245 ABC 1 1 TESTE Testar a junção GateDrain e GateSource direta e reversamente polarizada utilizando o multímetro digital na função apropriada para teste de diodos Medir a resistência RDSON com o multímetro na função RESISTÊNCIA GateSource curtocircuitado VGS0 2 Curva de transcondutância Segundo o fabricante do BF245 a curva de transcondutância do JFET a curva ID fVGS é obtida com a tensão VDS constante em 15V portanto poderíamos aplicar a fonte Vcc de 15V diretamente no transistor Porem para evitar um curtocircuito acidental na fonte de alimentação Vcc optamos em reduzir esta tensão para 10V através do diodo zener e resistor de 200Ω a b Ajuste VGS0 e medir ID IDSS Ajuste VGS até a corrente ID zerar Considere o limiar do corte quando ID 10nA Este valor de VGS é denominado VGSOFF Consulte a folha de dados do BF245 e verifique se os parâmetros medidos estão de acordo com os dados fornecidos pelo fabricante Calcule ID pela equação 1 lei quadrática com os valores de IDSS e VGSOFF medidos e preencha a Tabela 1 Compare os resultados com os valores medidos posteriormente Ajuste VGS e anote a leitura de ID Espere até a corrente se estabilizar Transfira o resultado para o gráfico da Figura 4 Verificamos que a equação é bastante precisa O problema é que os parâmetros VGSOFF e IDSS não são precisos ou seja variam mais de 100 entre um exemplar e outro 3 Curvas do dreno IDfVDS Para levantar a curva IDfVDS a tensão VDS deve ser ajustado desde 0V até 15V mantendo a tensão VGS constante Na ausência de uma fonte ajustável é sugerido o diagrama esquemático da Figura 3 Para obtermos um gráfico de boa qualidade devemos concentrar as medições no cotovelo da curva e dispersar as medições na região ohmica e na região de corrente constante Ajustar e manter VGS0V Ajustar VDS e medir ID Se necessário utilize o osciloscópio como voltímetro ajustando VDIV de acordo com a tensão Preencha a Tabela 2 Repetir para VGS 10V e 20V Transfira os resultados da medição para o gráfico da Figura 4 ELT 313 Laboratório de Eletrônica Analógica I Laboratório Nº 7 Figura 4 VGS 1VDIV VDS 2VDIV ID 1mADIV 4 AMPLIFICADOR Amplificadores a FET apresentam ganho de tensão muito baixo se comparado com amplificadores a BJT no entanto apresentam elevadíssima resistência de entrada Para que o JFET possa operar como amplificador é necessário polarizar o transistor Dentre as várias técnicas de polarização a auto polarização é a mais simples porém imprecisa pois depende de VGSOFF e IDSS dois parâmetros que variam muito entre um exemplar e outro 41 ANÁLISE DC PONTO DE OPERAÇÃO Montar o circuito sem os capacitores e sem o Gerador de Funções Medir e anotar os valores de VD e VS Conferir se VG 0V Calcular ISVSRS IDVCC VDRd VDSVD VS Desenhe a reta de carga DC para RS1KΩ na curva de transcondutância Compare o ponto de operação obtido graficamente com o obtido experimentalmente Desenhar a Reta de Carga DC e a Reta de Carga AC para RL2KΩ conectado ao Dreno Figura 8 Amplificador sem carga Source desacoplado Compare este resultado com o ganho calculado teoricamente AV gmRD gm ΔIDΔVGS gm gm0 1 VGSVGSoff gmo 2IDSS VGSoff O sinal de saída deve estar distorcido Mude o comando do osciloscópio para XY Você deverá estar observado uma curva semelhante à curva de transcondutância do FET com inclinação invertida Ficará mais evidente se aumentarmos o sinal de entrada O resistor Rs proporciona uma linearização do amplificador fonte comum devido à realimentação negativa O preço pago por isso é uma redução no ganho Figura 9 Vo x Vi 5V 05V XY 0V 5 FONTE DE CORRENTE A configuração apresentada na Figura 10 funciona como fonte de corrente Uma vez que o transistor deve operar na região linear VDSVP a tensão na carga será limitada em aproximadamente e a corrente é dederminada por IDSS VGSOFF e RS VL VCC VGSOFF RS0 RS100 RS1k I VLMAX Rout Outra característica importante em uma fonte de corrente é a resistência shunt equivalente Quanto maior for esta resistência menor será a variação da corrente ΔI com o aumento da carga com o aumento da tensão ΔV R0 ΔVLΔI ΔVL10 0 V O Current Regulator Diode CR100 da Siliconix por exemplo fornece corrente constante de 1mA10 para burden de até VCC135V VCC100V e impedância dinâmica de 08MΩ Figura 10 Fonte de corrente Pra RL0 VL0V ajuste Rs até obter I10mA Aumente RL e anote o valor de corrente conforme a Tabela 3 Transfira o resultado da medição para o gráfico da Figura 11 Repita a experiência para I20mA UNIFEIIESTI Kazuo Nakashima kazuounifeiedubr httpselt09unifeiedubr 4 ELT 313 Laboratório de Eletrônica Analógica I Laboratório Nº 7 Tabela 3 Análise DC RS 1kΩ 100Ω teórico medido teórico medido VD VS VG IS ID VDS Figura 6 Reta de carga ID VDS 42 ANÁLISE AC AMPLIFICADOR DRENO COMUM E FONTE COMUM Ligue o Gerador de Funções e ajuste em Seno 2Vpp 2kHz e observe o sinal do Source e depois o sinal do Dreno Medir a amplitude pico a pico e calcular o ganho de tensão Preencha a Tabela 4 Figura 7 Amplificador sem carga Conectar a carga RL2kΩ no Dreno medir o ganho de tensão e calcular a resistência de saída Verifique se houve alteração na tensão do Source Rout RL EoVo 1 Eo Vo para RL Mudar a carga para Souce medir o ganho de tensão e calcular a resistência de saída Verifique se houve alteração na tensão do Dreno Semelhante ao transistor bipolar o Dreno se comporta como fonte de corrente e o Source se comporta como fonte de tensão Tabela 4 Análise AC RS1kΩ RD2kΩ RL2kΩ sRL cRLS cRLD VGpp VSpp AVS Rout S x x VDpp AVD Rout D x x Instale um capacitor eletrolítico de 10μF25V em paralelo a Rs UNIFEIIESTI Kazuo Nakashima kazuounifeiedubr httpselt09unifeiedubr 5 ELT 313 Laboratório de Eletrônica Analógica I Laboratório Nº 7 ELT 313 Laboratório de Eletrônica Analógica I Laboratório N o 7 UNIFEIIESTI Kazuo Nakashima kazuounifeiedubr httpselt09unifeiedubr 6 RS 0 VL IL IL IL 0 1mA 2mA 2 4 6 8 10 Rout Figura 11 XIL 05mADIV Y VL 1VDIV 6 CHAVE ANALÓGICA Os FETs podem ser utilizados como chave analógica série ou paralela A amplitude máxima do sinal analógi co é limitada pela tensão aplicada no gate VG e pelo VGSoff do JFET No circuito da Figura 12 o JFET irá operar como chave fechada tensão de saída será praticamente zero para VG0V Um dos fatores de mérito das chaves analógicas é a amplitude do sinal analógico disponível em relação a tensão de alimentação DC Consulte a folha de dados da chave analógica DG181 NFET e DG200A CMOS da Si liconix D S G BF245B 1M 100k Vo Vi Vi10Vpp 1kHz VG150 V Figura 12Chave analógica 7 RESISTÊNCIA VARIAVEL O circuito da Figura 13 é utilizado para controlar a amplitude do sinal de saída através de tensão O JFET opera com resistência variável Para que o transistor opere como resistência a tensão entre dreno e source não deve ultrapassar 100mV Esta condição é garantida através do divisor resistivo de 100kΩ10kΩ Quanto maior for a polarização reversa da junção maior será a resistência RDS e como consequência maior será a amplitude do sinal de saída D S G BF245B VG 1M 100k Vo 15V 4k7 4k7 10k Vi Vi1Vpp 1kHz Kazuo Nakashima jan 2018 Kazuo Nakashima jan 2018 Fig 14 Resistência variável Esta propriedade de uma grandeza física ser contro lada através de tensão é muito importante Ela significa que podemos utilizar este elemento em um sistema de controle automático ou seja o FET pode ser utilizado em amplificador que permita o controle do ganho atra vés de tensão Controle Automático de Ganho Itajubá MG julho de 2016