Ltspice Eletrônica

Público Eletrônica Analógica Roteiro Aula Prática 2 Público ROTEIRO DE AULA PRÁTICA 1 NOME DA DISCIPLINA Eletrônica Analógica Unidade 1 Diodos e circuitos com diodos Aula 4 Circuitos retificadores com diodo OBJETIVOS Definição dos objetivos da aula prática Compreender o funcionamento do diodo Zener com e sem carga bem como traçar as suas curvas de operação em ambas as situações SOLUÇÃO DIGITAL Laboratório Virtual Algetec Exatas Práticas Específicas de Eng Elétrica Eletrônica Analógica O Diodo Zener ID 731 Algetec é um simulador de laboratórios virtuais que simula o ambiente real e proporciona ao aluno a execução de experimentos sem sair de casa Replica a aula prática com alto grau de fidelidade ao laboratório físico tradicional PROCEDIMENTOS PRÁTICOS E APLICAÇÕES ProcedimentoAtividade nº 1 Diodo Zener Atividade proposta Analisar o comportamento do diodo zener em dois tipos de circuito um circuito com o diodo em vazio e outro com o diodo alimentando uma carga Procedimentos para a realização da atividade O diodo Zener é um tipo especial de diodo semicondutor que é projetado para operar na região reversa de sua curva de características de polarização direta Ele é usado principalmente como um regulador de tensão em circuitos eletrônicos 3 Público Figura 1 Característica física Fonte Markus 2008 p79 A característica principal do diodo Zener é sua capacidade de manter uma tensão constante através de seus terminais mesmo quando polarizado reversamente além da sua tensão de ruptura conhecida como tensão Zener Quando a tensão reversa aplicada ao diodo Zener atinge ou excede sua tensão Zener o diodo começa a conduzir permitindo que a corrente flua através dele Figura 2 Característica elétrica Fonte Markus 2008 p79 O diodo Zener é polarizado reversamente o que significa que o terminal P positivo está conectado ao lado negativo da fonte de alimentação e o terminal N negativo está conectado ao lado positivo da fonte de alimentação Quando a tensão reversa atinge a tensão Zener específica o diodo Zener começa a conduzir A tensão Zener é uma característica crucial do diodo Zener e é especificada pelo fabricante Esta tensão é mantida praticamente constante enquanto a corrente através do diodo permanece dentro de certos limites 4 Público Figura 3 Diodo polarizado reversamente Fonte Markus 2008 p79 O diodo Zener é amplamente utilizado em aplicações onde a regulação de tensão é crítica como em fontes de alimentação reguladas estabilizadores de tensão entre outros A Figura 4 a seguir mostra as informações da folha de dados de alguns destes diodos Figura 4 Folha de dados de alguns diodos do tipo ZENER Fonte Markus 2008 p81 Para realizar o procedimento no ambiente de simulação execute os passos listados a seguir 1 Abra o ambiente de simulação acessandoo por meio de seu AVA Nesse ambiente podese opcionalmente realizar a leitura do sumário teórico e realizar o préteste como ilustrado a seguir 5 Público 2 Clique em Em seguida clique sobre a imagem para acessar o laboratório virtual 6 Público 3 Selecione o circuito 1 no canto superior direito pelo botão Circuitos 4 Agora é preciso conectar os cabos da fonte na protoboard para isso mova o mouse para cima da fonte variável clique com o botão direito e escolha Conectar à protoboard 7 Público 5 Conecte o multímetro ao diodo zener Para isso mova o mouse para acima do diodo zener na protoboard clique com botão direito e selecione Medir tensão 6 Em visualização escolha Fonte Agora iremos ligar a fonte basta para isso clicar no botão onoff dela com o botão esquerdo Em seguida mova o mouse para o potenciômetro de ajuste com a label PUSH V e clique com o botão esquerdo uma nova janela abrirá para modificar o valor da tensão da fonte 8 Público 7 Selecione Visão Geral Agora você deve mudar os valores de tensão em passos de 1V e preencher os valores na tabela a seguir Tensão medida V 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Tensão diodo em vazio V Tensão medida V 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 Tensão diodo em vazio V 8 Ao final da coleta de dados zere a fonte desligue a fonte remova os cabos da fonte e do multímetro Para remover os cabos basta clicar com o botão direito sobre os componentes e selecionar a opção correspondente Clique novamente sobre o botão Circuitos e selecione o circuito 2 Diodo Zener com carga 9 Repita o procedimento de conexão de cabos e variação da fonte passos de 7 a 10 preenchendo uma nova tabela conforme a seguir Tensão medida V 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Tensão diodo em carga V Tensão medida V 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 Tensão diodo em carga V 9 Público 10 Após a coleta de dados terminar zere a fonte desligue a fonte desconecte os cabos e saia do experimento A Figura a seguir apresenta o esquemático dos circuitos 1 e 2 onde o Diodo Zenner corresponde a um 1N4742A O resistor R de 120 Ohms e o Resistor RL de 560 Ohms Avaliando os resultados Como resultado da execução do procedimento apresente as tabelas preenchidas em cada etapa do procedimento e capturas de tela do experimento no simulador Além disso descreva detalhadamente as etapas executadas e uma discussão dos resultados obtidos salientando os pontos mais importantes e a influência da carga no diodo Zener Checklist Escolher o circuito sem carga Conectar cabos da fonte à protoboard Conectar cabos do multímetro ao diodo Zener Realizar medições em passos de 1V de alimentação Zerar a fonte Desconectar cabos Escolher novo circuito Zener com carga Conectar novamente cabos da fonte à protoboard Conectar novamente cabos do multímetro ao diodo Zener Realizar medições em passos de 1V de alimentação 10 Público RESULTADOS Resultados do experimento Ao final dessa aula prática você deverá enviar um arquivo em word contendo as informações obtidas no experimento os cálculos realizados em conjunto com um texto conclusivo a respeito das informações obtidas O arquivo não pode exceder o tamanho de 2Mb Referências bibliográficas ABNT quando houver Resultados de Aprendizagem Os alunos devem compreender e aplicar seu funcionamento como regulador de tensão mantendo uma tensão constante ao ser polarizado reversamente A atividade envolve a montagem do circuito com o diodo Zener em um ambiente de simulação onde o aluno ajustará a fonte de tensão e coletará dados para observar a estabilidade da tensão Zener tanto com quanto sem carga Além de realizar e documentar medições de tensão em tabelas organizadas os alunos devem interpretar o comportamento do diodo em diferentes condições consolidando seu entendimento sobre o papel do Zener como estabilizador em circuitos eletrônicos 11 Público ROTEIRO DE AULA PRÁTICA 2 NOME DA DISCIPLINA Eletrônica Analógica Unidade 2 Transistores bipolares de junção TBJ Aula 2 Polarização CC dos TBJ OBJETIVOS Definição dos objetivos da aula prática Se familiarizar com uma aplicação com Transistor Observar o comportamento das correntes e tensões em um circuito com Transistor Plotar e analisar a curva característica de entrada e saída de um Transistor Polararizar um circuito com Transistor em Corrente Contínua SOLUÇÃO DIGITAL LTspice LTspice é um software simulador SPICE poderoso rápido e gratuito captura esquemática e visualizador de forma de onda com melhorias e modelos para melhorar a simulação de circuitos analógicos Sua interface de captura esquemática gráfica permite sondar esquemas e produzir resultados de simulação que podem ser explorados ainda mais através do visualizador de forma de onda integrado O download do software pode ser feito no seguinte endereço httpswwwanalogcomenresourcesdesigntoolsandcalculatorsltspicesimulatorhtml Após o download a instalação é rápida e intuitiva A própria desenvolvedora do software fornece um tutorial básico de utilização que pode ser acessados em httpswwwanalogcomenresourcesmediacentervideosseriesltspicegettingstarted tutorialhtml PROCEDIMENTOS PRÁTICOS E APLICAÇÕES ProcedimentoAtividade nº 1 Polarização do transistor Atividade proposta Montar um experimento para conhecer as características do Transistor NPN do simulador online e depois calcular os parâmetros de um circuito dado de polarização em corrente contínua 12 Público Procedimentos para a realização da atividade 1ª Etapa Conhecer o Transistor do simulador Para a realização dessa aula prática você precisa instalar e abrir o LTspice Com o software instalado siga os seguintes procedimentos Ao abrir o software você irá se deparar com sua tela inicial apresentada a seguir Para criar um novo esquemático de circuito clique no local indicado Você deve montar o circuito apresentado a seguir e realizar a sua simulação Os próximos passos indicam como você pode montar o circuito no simulador e realizar a simulação A fonte de tensão está posicionada no local indicado a seguir Configure o valor DC valueV com o necessário para o experimento zero para ambas as fontes 13 Público O resistor e a referência estão nos locais indicados a seguir Para configurar o valor do resistor clique sobre ele com o botão direito O transistor está localizado na área de adição de componentes como segue 14 Público Caso seja necessário remover algum componente aperte a tecla del do teclado e clique sobre o componente que deseja remover Para mover um componente utilize a tecla M e clique sobre o componente desejado Para cancelar uma seleção ou a adição de algum compente aperte a tecla esc A ligação dos componetes é feita com o fio wire selecionado ao se clicar w ou pelo atalho na barra de ferramentas Para rotacionar um componente quando ele é adicionado aperte CrtlR Implemente variações nas fontes VBB entrada e VCC saída conforme indicado abaixo Para cada variação de VBB 27V a 107V com incrementos de 20V temse uma variação completa de VCC 00V a 100V com incrementos de 01V Isso pode ser feito de forma automática pelo software de simulação de forma a ser possivel se gerar a curva característica de saída do transistor VCE x IC Fonte Adaptada de Marques 2013 p 124 15 Público Para garantir que as configurações sejam feitas de forma correta se assegure que a fonte de tensão ligada ao resistor da base do transistor tenha o nome de V1 e a fonte ligada ao coletor V2 seguindo exatamente o indicado na figura com o circuito a ser montado no simulador Nas configurações de simulação selecione a opção DC sweep e ajuste os parâmetros conforme indicado na figura a seguir Também deve ser configurada a segunda fonte no DC sweep como segue Feitas as configurações clique em ok e posicione a diretiva de simulação em qualquer local no esquemático do circuito Feita as configurações execute a simulação e adicione a curva e corrente do coletor corrente sobre a fonte V2 Ela deve possuir o formato da curva característica de saída do transistor VCE x IC Apresente tal curva em seus resultados do experimento 16 Público Remova a curva VCE x IC do gráfico e adicione a curva referente a corrente de base do transistor Apresente tal curva nos seus resultados além dos valores de corrente de base em regime permanente obtidos com o cursor do mouse sobre as curvas da simulação Para se obter a curva VBE x IB do transistor é necessário se retirar o resistor do circuito ligando uma fonte direto na base Assim crie um novo projeto no LTspice mantendo o anterior aberto e monte o circuito a seguir Se assegure que a fonte de tensão ligada ao resistor da base do transistor tenha o nome de V1 e a fonte ligada ao coletor V2 Ajuste a simulação para um DC sweep de 0 a 085 V com passo de 001 V na fonte V1 conforme indicado a seguir 17 Público Realize a simulação e obtenha o gráfico da corrente de base do transistor em função da tensão de base VBE x IB Essa curva terá o formato semelhante ao apresentado a seguir Apresente a curva obtida nos resultados Fonte Adaptada de Marques 2013 p 125 2ª Etapa Projeto de circuito de polarização Projete os resistores a serem utilizados no circuito de polarização a seguir que utiliza o mesmo transistor da 1ª etapa Para tanto configure a tensão da fonte em VCC 9 V e considere VCEQ VCC2 18 Público Para o projeto o considere o ponto Q de operação o mais centralizado possivel com VCEQ VCC2 no gráfico de VCE x IC obtido na primeira etapa Desta forma consultando o gráfico é possivel se obter o valor de ICQ sobre a curva relativa a um determinado valor de IBQ Com o valor de IBQ consulte o gráfico de VBE x IB da etapa anterior e obtenha VBEQ Com os valores de VCEQ ICQ IBQ e VBEQ resolva as malhas da base e coletor do circuito a ser projetado para obter os valores de R1 e R2 Fonte Adaptada de Floyd 2012 p181 Ajuste os valores dos resistores conforme projetado e realize a simulação configurada no formato op 19 Público Realize a simulação que irá exibir como resultado uma janela contendo todos os valores de tensão e corrente sobre os componentes Adicionalmente você pode fechar tal janela e clicarcolocar o mouse sobre determinado componente que os valores de simulação serão exibidos Apresente tais valores nos seus resultados juntamente com uma análise se eles estão coerentes ou não Avaliando os resultados Como resultado da execução do procedimento apresente os gráficos obtidos e capturas de tela do experimento no simulador Além disso descreva detalhadamente as etapas executadas e uma discussão dos resultados obtidos e projeto realizado Checklist Monte o circuito da etapa 1 no LTspice Obtenha as curvas VCE x IC do transistor e os valores de corrente de base para cada situação Ajuste o circuito e obtenha a curva VBE x IB Na etapa 2 projete os valores dos resistores do circuito de polarização Simule o circuito e verifique se os valores obtidos são coerentes RESULTADOS Resultados do experimento Ao final dessa aula prática você deverá enviar um arquivo em word contendo as informações obtidas no experimento os cálculos realizados em conjunto com um texto conclusivo a respeito das informações obtidas O arquivo não pode exceder o tamanho de 2Mb Referências bibliográficas ABNT quando houver 20 Público Resultados de Aprendizagem Ao final das atividades práticas esperase que o aluno seja capaz de configurar simular e analisar o comportamento de circuitos de polarização utilizando transistores no simulador LTspice compreendendo como variar fontes e obter curvas características de saída VCE x IC e de base VBE x IB do transistor Além disso o aluno deverá ser capaz de projetar resistores para um circuito de polarização posicionar o ponto de operação Q de modo centralizado e realizar uma simulação operacional para verificar a consistência dos valores de corrente e tensão obtidos aprimorando suas habilidades em análise e interpretação de resultados em experimentos simulados 21 Público ROTEIRO DE AULA PRÁTICA 3 NOME DA DISCIPLINA Eletrônica Analógica Unidade 3 Transistores de efeito de campo FET Aula 2 Polarização do FET OBJETIVOS Definição dos objetivos da aula prática Compreender os princípios básicos de funcionamento de um transistor JFET Identificar as principais características do JFET incluindo a tensão de corte Vgsoff e a corrente de dreno Id Aprender a calcular os valores ideais de polarização para otimizar o ponto de operação do transistor Realizar medições práticas para verificar e ajustar a polarização do JFET SOLUÇÃO DIGITAL LTspice LTspice é um software simulador SPICE poderoso rápido e gratuito captura esquemática e visualizador de forma de onda com melhorias e modelos para melhorar a simulação de circuitos analógicos Sua interface de captura esquemática gráfica permite sondar esquemas e produzir resultados de simulação que podem ser explorados ainda mais através do visualizador de forma de onda integrado O download do software pode ser feito no seguinte endereço httpswwwanalogcomenresourcesdesigntoolsandcalculatorsltspicesimulatorhtml Após o download a instalação é rápida e intuitiva A própria desenvolvedora do software fornece um tutorial básico de utilização que pode ser acessados em httpswwwanalogcomenresourcesmediacentervideosseriesltspicegettingstarted tutorialhtml PROCEDIMENTOS PRÁTICOS E APLICAÇÕES ProcedimentoAtividade nº 1 Polarização de JFET Atividade proposta Montar um circuito de polarização de um JFET 22 Público Procedimentos para a realização da atividade Bemvindo à aula prática sobre a polarização de transistores do tipo JFET Junction FieldEffect Transistor Nesta aula exploraremos as características fundamentais deste componente semicondutor e entenderemos como aplicar uma polarização adequada para que este opere na região linear por autopolarização conforme o circuito da Figura 1 Figura 1 Autopolarização de JFET Fonte Boylestad 2013 Os transistores JFET são dispositivos cruciais em eletrônica desempenhando um papel vital em amplificadores osciladores e outros circuitos Sua operação baseiase no controle do fluxo de corrente entre duas regiões semicondutoras por meio de um campo elétrico Logo o JFET pode ser utilizado como um amplificador aumentando ou reduzindo o fluxo conforme a tensão aplicada entre o gate e o source A equação de Shockley descreve a corrente que flui através de um transistor JFET Ela é expressa como 𝐼𝐷 𝐼𝐷𝑆𝑆 1 𝑉𝐺𝑆 𝑉𝑃 2 onde 𝐼𝐷 é a corrente de dreno 𝐼𝐷𝑆𝑆 é a corrente de dreno de saturação máxima 𝑉𝐺𝑆 é a tensão portafonte e 𝑉𝑃 é a tensão de polarização Na aproximação em que a corrente no gate é zero 𝐼𝐺𝑆 0 o termo relacionado ao resistor de gate 𝑅𝐺 pode ser aproximado por um curtocircuito Isso simplifica os cálculos facilitando a análise do ponto de operação do JFET pois tratase apenas da relação 𝑉𝐺𝑆 𝐼𝐷𝑅𝑆 Abra o LT spice crie um novo esquemático e monte o circuito apresentado a seguir 23 Público O JFET a ser adicionado possui a nomenclatura njf no seletor de componentes conforme indicado a seguir Após adicionar o JFET clique sobre ele com o botão direito do mouse vá na a opção Pick New JFET e selecione o modelo 2N5432 na lista 24 Público Realize a simulação configurada no formato op Anote os valores da corrente de dreno ID e tensão VGS do JFET Avalie se os valores obtidos são coerentes e eventualmente calcule o erro entre eles e os valores esperados Agora modifique o valor do resistor 𝑅1 para 1 𝑘Ω e comente como as medidas de corrente 𝐼𝐷 e 𝑉𝐺𝑆 mudam Avaliando os resultados Como resultado da execução do procedimento os valores de tensão e corrente obtidos e capturas de tela do experimento no simulador Além disso descreva detalhadamente as etapas executadas e uma discussão dos resultados obtidos avaliando a coerência e os comparando com os valores teóricos Checklist Montar o circuito Medir a tensão 𝑉𝐺𝑆 Medir a corrente 𝐼𝐷 Comparar com os valores de 𝑉𝐺𝑆 e 𝐼𝐷 calculados RESULTADOS Resultados do experimento Ao final dessa aula prática você deverá enviar um arquivo em word contendo as informações obtidas no experimento os cálculos realizados em conjunto com um texto conclusivo a respeito das informações obtidas O arquivo não pode exceder o tamanho de 2Mb 25 Público Referências bibliográficas ABNT quando houver Resultados de Aprendizagem Ao término desta atividade prática esperase que o aluno seja capaz de configurar e simular circuitos de polarização de JFET no software LTspice interpretando as principais características de operação deste dispositivo semicondutor O aluno deverá compreender a aplicação da equação de Shockley para análise da corrente de dreno 𝐼𝐷 e da tensão portafonte 𝑉𝐺𝑆 além de entender a influência do resistor de gate 𝑅𝐺 na simplificação do circuito A atividade permitirá observar calcular e avaliar os resultados simulados de corrente e tensão comparandoos com valores esperados e examinando o impacto de alterações nos componentes como a variação do resistor R1 no comportamento do JFET 26 Público ROTEIRO DE AULA PRÁTICA 4 NOME DA DISCIPLINA Eletrônica Analógica Unidade 4 Amplificadores operacionais ampop Aula 2 Circuitos básicos com ampops OBJETIVOS Definição dos objetivos da aula prática Compreender o funcionamento de um circuito inversor e não inversor Desenvolver e simular um circuito inversor e não inversor Analisar os resultados obtidos de forma analítica e computacional SOLUÇÃO DIGITAL LTspice LTspice é um software simulador SPICE poderoso rápido e gratuito captura esquemática e visualizador de forma de onda com melhorias e modelos para melhorar a simulação de circuitos analógicos Sua interface de captura esquemática gráfica permite sondar esquemas e produzir resultados de simulação que podem ser explorados ainda mais através do visualizador de forma de onda integrado O download do software pode ser feito no seguinte endereço httpswwwanalogcomenresourcesdesigntoolsandcalculatorsltspicesimulatorhtml Após o download a instalação é rápida e intuitiva A própria desenvolvedora do software fornece um tutorial básico de utilização que pode ser acessados em httpswwwanalogcomenresourcesmediacentervideosseriesltspicegettingstarted tutorialhtml PROCEDIMENTOS PRÁTICOS E APLICAÇÕES ProcedimentoAtividade nº 1 Circuitos com amplificadores operacionais Atividade proposta Simular o circuito amplificador inversor e não inversor 27 Público Procedimentos para a realização da atividade Abra o LT spice crie um novo esquemático e monte o circuito amplificador inversor com ampop apresentado a seguir Para adicionar um amplificador operacional no circuito selecione o componente opamp Depois disso adicione uma diretiva de simulação para que ele funcione SPICE directive utilizando o atalho na barra de ferramentas ou a tecla do teclado e insira o texto inc opampsub 28 Público Uma vez montado o circuito por completo realize a simulação configurada no formato op Registre o valor de tensão obtido na saída do amplificador operacional Após a simulação resolva o circuito analiticamente calculando a tensão de saída Compare o valor simulado com o obtido pelo cálculo Agora crie um novo esquemático e monte no simulador o amplificador não inversor com ampop mostrado na figura a seguir Realize a simulação configurada no formato op Registre o valor de tensão obtido na saída do amplificador operacional Resolva o circuito analiticamente calculando a tensão de saída Compare o valor simulado com o obtido pelo cálculo 29 Público Avaliando os resultados Como resultado da execução do procedimento os valores de tensão e corrente obtidos e capturas de tela do experimento no simulador Além disso descreva detalhadamente as etapas executadas e uma discussão dos resultados obtidos avaliando a coerência e os comparando com os valores teóricos Checklist Criar um novo circuito no LTspice para o amplificador inversor Selecionar os elementos necessários ao circuito simulado Realizar a devida ligação entre os elementos sem esquecer das referências de terra Coletar a tensão da saída no amplificador operacional Comparar a resolução analítica com a simulação Repetir o processo para o amplificador não inversor RESULTADOS Resultados do experimento Ao final dessa aula prática você deverá enviar um arquivo em word contendo as informações obtidas no experimento os cálculos realizados em conjunto com um texto conclusivo a respeito das informações obtidas O arquivo não pode exceder o tamanho de 2Mb Referências bibliográficas ABNT quando houver Resultados de Aprendizagem Ao final das atividades práticas o aluno deverá ser capaz de montar simular e analisar circuitos de amplificadores inversor e não inversor utilizando amplificadores operacionais no LTspice identificando as diferenças entre as configurações e o comportamento de cada tipo de amplificador Além disso esperase que o aluno desenvolva a habilidade de calcular analiticamente a tensão de saída para comparar com os resultados da simulação avaliando a coerência entre os valores teóricos e simulados CidadeUF 2025 NOME DO ALUNO ROTEIRO AULA PRÁTICA ELETRÔNICA ANALÓGICA ENGENHARIA ELÉTRICA CidadeUF 2025 ROTEIRO AULA PRÁTICA ELETRÔNICA ANALÓGICA Roteiro de Aula Prática apresentado como requisito para obtenção de média para a disciplina de Eletrônica Analógica NOME DO ALUNO SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO03 2 DESENVOLVIMENTO04 21 UNIDADE 2 AULA 2 Polarização CC dos transistores bipolares de junção04 210 Fundamentos teóricos04 211 Atividade Prática Conhecer o transistor do simulador07 212 Atividade Prática Projeto de circuito de polarização10 22 UNIDADE 3 AULA 2 Polarização do transistor de efeito de campo13 220 Fundamentos teóricos13 221 Atividade Prática Polarização do JFET15 23 UNIDADE 4 AULA 2 Circuitos básicos com amp operacionais20 230 Fundamentos teóricos20 231 Atividade prática Circuitos com amplificadores operacionais22 3 CONCLUSÃO25 4 REFERÊNCIAS 26 1 INTRODUÇÃO Os transistores bipolares de junção TBJ revolucionaram a Eletrônica em meados do século XX ao substituírem as antigas válvulas termoiônicas o que permitiu o processo cada vez maior de miniaturização de componentes Na esteira do desenvolvimento de semicondutores os JFETs surgiram como uma melhoria dos TBJs no que tange à estabilidade quanto aos efeitos de temperatura e por suas dimensões tornandoos extremamente úteis na construção de circuitos integrados Finalmente os amplificadores operacionais que se destacam por altos ganhos de tensão alta isolação de entrada além de facilidade e versatilidade na montagem de circuitos osciladores filtros e uma variedade de circuitos de instrumentação 3 2 DESENVOLVIMENTO 21 UNIDADE 2 SEÇÃO 2 210 Fundamentos teóricos Um transistor é caracterizado por suas curvas de entrada e de saída A curva de entrada é plotada a partir dos valores de VBE e valores correspondentes em IB Fonte Boylestad 2013 p 123 Fig1 A curva de saída é plotada a partir dos valores de VCE e valores correspondentes em IC Fonte Boylestad 2013 p 123 Fig2 Essas curvas são usadas no estabelecimento do ponto de operação estático POE 4 ou ponto quiescente que define os valores de IB e IC e seus correspondentes VBE e VCE utilizados no cálculo dos resistores de polarização Os tipos de polarização de circuitos transistorizados são fixa de emissor por divisor de tensão com realimentação de coletor seguidor de emissor Analisaremos a polarização fixa Considere o circuito da fig3 Fig3 Um circuito desse tipo carece de uma condição inicial dada Suponha nesse caso VCE VCC2 Aplicando a Lei de Kirchhoff às malhas de entrada e saída obtemos 𝑅1𝑉𝑐𝑐 𝑉 𝐵𝐸 𝐼 𝐵 𝑅2𝑉𝑐𝑐 𝑉 𝐶𝐸 𝐼 𝐶 𝑉𝑐𝑐 𝑉𝑐𝑐 2 𝐼 𝐶 𝑉𝑐𝑐 2𝐼 𝐶 Uma vez definida a VCE e conhecida a curva de saída e a curva das correntes de base do transistor podese determinar o valor de IC e IB 5 Fig4 Fig5 Conhecida a IB podese determinar a VBE por meio da curva de entrada do transistor 6 Fig6 Conhecidos os valores de IB IC e VBE determinarseão os valores de R1 e R2 conforme as equações descritas 211 Atividade prática Conhecer o transistor do simulador 2111 Utilizouse o simulador LTSpice para a montagem do circuito da fig7 Fig7 2112 As fontes foram nominadas de modo que V1 seja conectada à entrada de Q1 e V2 seja ligada à sua saída 2113 O recurso DC value V foi zerado em ambas as fontes 2114 Foram implementadas variações nas fontes V1 entrada e V2 saída da seguinte forma variouse V1 de 27 V a 107 V com incrementos de 20 V e V2 de 00 a 100 V com incrementos de 01 V 2115 O procedimento anterior foi obtido de forma automática pelo software de simulação usandose a sintaxe dc V2 0 10 01 V1 27 107 2 no campo Configure Analyses DC sweep 2116 A curva VCE x IC foi obtida pelo simulador usandose o recurso Pick Visible Traces Ic q1 e é mostrada na fig 8 7 Fig8 2117 Cada cor no gráfico da fig8 representa um valor diferente de IB 2118 A curva referente à base do transistor foi obtida usandose o recurso Pick Visible Traces Ib q1 e é mostrada na fig 9 Fig9 2119 A curva VBE x IB foi obtida retirandose o resistor de base e conectandose V1 diretamente à base de Q1 21110 Um novo circuito foi montado para levantamento da curva VBE x IB 8 Fig10 21111 A simulação foi ajustada para um DC sweep de 0 a 085 V com passo de 001 na fonte V1 21112 A curva VBE x IB obtida é mostrada na fig11 e fig 12 Fig11 9 Fig12 21113 A curva VBE x IB mostra que para uma pequena corrente de base 12 µA a tensão VBE é igual a 07 V aproximadamente Isso é condizente com a teoria de semicondutores que prevê VBE igual a 07 V para um transistor em condução 10 212 Atividade prática Projeto de circuito de polarização 2121 Foi projetado um circuito com transistor idêntico ao da atividade 211 considerandose Vcc 9 V e VCEQ Vcc 2 2122 Utilizandose as curvas VCE x IC e VBE x IB obtidas na atividade 211 obtiveramse IB e IC por meio de análise gráfica das fig 13 e 14 Fig13 Fig14 21221 Pelo gráfico VCE x IC sendo conhecida a VCE determinouse graficamente a IC 5mA 21222 Pelo gráfico de IB identificouse as correntes plotadas com linhas vermelhas e azuis do gráfico VCE x IC e determinouse a IB por meio da plotagem de um segmento no ponto médio entre ambas IB 50 µA 2123 Conhecidas IB e IC foram determinados os valores dos resistores R1 e R2 resistores de base e de coletor respectivamente 21231 Cálculo de R1 11 212311 Por meio do gráfico VBE x IB determinouse a VBE para IB 50 µA VBE 082 V Fig15 21232 Cálculo de R2 2124 O circuito simulado retornou os valores das fig 16 e 17 Fig16 12 Fig17 2124 O valor de VCE simulado e calculado é mostrado na tab1 VCE simulada V VCE estimada Vcc2 V Erro 4509 4500 02 Tab1 2125 O erro percentual de VCE é desprezível tendo em vista ser inferior ao menor valor de tolerância comercial de componentes eletrônicos 1 Dessa forma há consistência entre a VCE simulada e seu valor estimado e também dos valores calculados de R1 e R2 13 22 UNIDADE 3 AULA 2 Polarização do Transistor de Efeito de Campo JFET 220 Fundamentos teóricos O transistor de efeito de campo por junção apresenta três terminais porta fonte e dreno Fonte Boylestad 2013 p319 Fig18 Seu controle é feito por meio da aplicação de uma tensão inversa entre a porta e fonte VGS sendo considerado um dispositivo normalmente aberto A curva característica do JFET mostra como a corrente de dreno varia com o aumento da tensão inversa VGS Fonte Boylestad 2013 p 322 Fig19 14 O valor Vp chamase tensão de pinchoff pinçamento Quando a VGS for menor que Vp a condução do JFET será a menor possível tendendo a zero Para valores de VDS menores que Vp o JFET operará na chamada região ôhmica Isso significa que o dispositivo se comportará como um resistor controlado por tensão Quando a VDS for superior a Vp o dispositivo operará na região de saturação com a corrente de dreno em seu valor máximo Dentre os circuitos de polarização existentes analisaremos a configuração com autopolarização Nessa configuração a tensão VGS é determinada pelo resistor de fonte RS conforme mostra a fig 19 a Fig19a Devido à alta impedância de entrada característica do JFET podese considerar a corrente de porta IG igual a zero Aplicando a Lei de Kirchhoff à malha de entrada 𝑉 𝐺𝑆𝑉 𝑅𝑆0 VRS é obtida aplicando a Lei de Ohm ao resistor RS 𝑉 𝑅𝑆𝐼 𝐷 𝑅𝑆 Após manipulações algébricas encontraremos a expressão que relaciona VGS com VRS 𝑉𝐺𝑆𝐼 𝐷 𝑅𝑆 A equação de Shockley permite determinar analiticamente o valor de ID sendo conhecidas a corrente de saturação IDSS a tensão VGS e a tensão Vp 𝐼 𝐷𝐼 𝐷𝑆𝑆1 𝑉 𝐺𝑆 𝑉 𝑝 2 15 221 Atividade Prática Polarização de JFET 2211 O circuito da fig 20 foi montado no LTSpice Fig20 2212 Por meio do recurso Pick New JFET selecionouse o 2N5432 2213 Simulando o circuito em modo op foram obtidos os seguintes valores da tab 2 para ID e VGS conforme fig 21 e fig 22 Fig21 16 Fig22 VGV VSV VGSV ID mA simulada 000003247 4559933 4559900 456 Tab2 2214 A corrente pode ser calculada pela equação de Schockley 𝐼 𝐷𝐼 𝐷𝑆𝑆1 𝑉 𝐺𝑆 𝑉 𝑃 2 2215 O valor de IDSS pode ser obtido pela folha de dados do 2N5432 ou seja 150 mA Fig23 2216 O valor de VP pode ser obtido pelos parâmetros Spice no próprio LTSpice ou seja 540 V Fig24 2217 O valor de VGS foi obtido no item 2213 ou seja 456 V 17 2218 Usandose os dados anteriores calculouse a ID 𝐼 𝐷1501 456 540 2 363𝑚𝐴 2219 Comparandose o valor da ID simulada com calculada ID mA medida ID mA calculada Erro 456 363 20 Tab3 22110 Tal valor pode ser melhorado consideravelmente se acrescentarmos 012 V à Vp 552 V Esse ajuste se deve principalmente ao fato de que a IDSS da folha de dados não é um valor fixo mas uma referência de valor mínimo contribuindo para a propagação de erro 22111 O novo valor de ID será 𝐼 𝐷1501 456 552 2 4 53𝑚𝐴 22112 Calculandose o novo erro ID mA medida ID mA calculada Erro 456 453 065 Tab4 2214 Um outro circuito foi montado alterandose o valor de R1 para 1 kΩ conforme fig 25 Fig25 18 2215 Após a simulação foram obtidos os seguintes valores para ID e VGS conforme fig 26 e fig 27 Fig26 Fig27 VGV VSV VGSV ID mA simulada 000012765 4803181 4803053 480 Tab5 2216 Utilizandose o valor de VGS obtido no item 2215 e valores encontrados anteriormente para Vp e IDSS calculouse a nova ID 𝐼 𝐷1501 480 552 2 185𝑚𝐴 2217 O valor calculado de ID no item 2216 levou em conta apenas o aumento na VGS Pela equação de Shockley é esperado que a corrente ID diminua devido ao aumento na polarização reversa de VGS pois a equação não prevê dependência direta com valores de resistores Assim ao se reduzir o valor de R1 houve uma tendência de aumento na 19 corrente ID que produziu um aumento na VS que por sua vez produziu um pequeno aumento na polarização inversa VGS fazendo com que RDS aumentasse tendendo a diminuir a ID Contudo prevaleceu o aumento na ID pois a redução em R1 compensou o aumento na RDS fazendo com que ID simulada aumentasse um pouco R1 kΩ VGV VSV VGSV IDmA simulada IDmA calculada 33 000003247 4559933 4559900 455 453 10 000012765 4803181 4803053 480 185 Tab6 aumento por influência da redução em R1 sem relação de dependência com R1 2218 A tab 6a relaciona a variação de R1 com a resistência calculada do JFET RDS R1 kΩ ΔR1 kΩ VD V VS V VDS V ID mA RDSVDSID kΩ ΔRDS kΩ 33 23 495 455 040 455 009 207 10 1520 480 1040 480 216 Tab6a A análise mostra que a redução de R1 sobrepujou o aumento de RDS fazendo com que a ID aumentasse um pouco ao invés de diminuir 20 23 UNIDADE 4 AULA 2 Circuitos Básicos com Amplificadores Operacionais 230 Fundamentos teóricos O ampop possui as seguintes características ganho muito alto impedância de entrada muito alta e impedância de saída baixa A fig 28 mostra um amplificador operacional com suas entradas inversora e não inversora e saída Vo Fonte Boylestad 2013 p 505 Fig28 O amplificador operacional pode ser usado em vários tipos de circuitos Abordaremos dois deles o amplificador inversor e o amplificador não inversor A Amplificador inversor Esse circuito fornece um ganho que pode ser ajustado por meio de resistores externos ligados ao componente eletrônico Além disso como o próprio nome diz fornece uma tensão de saída com polaridade inversa à tensão de entrada Fonte Boylestad 2013 p 518 Fig29 O resistor Rf chamado resistor de realimentação feedback liga a saída à entrada O resistor R1 conecta a fonte de tensão de entrada V1 à entrada inversora O ganho do circuito é dado pela relação 21 22 𝐴𝑣 𝑅𝑓 𝑅1 A tensão de saída é dada por 𝑉𝑜𝐴𝑣 𝑉 1 𝑅𝑓 𝑅1 𝑉 1 b Amplificador não inversor O circuito amplificador não inversor é mostrado na fig30 Fonte Boylestad 2013 p 518 Fig30 Uma observação importante quanto ao reconhecimento dessa topologia está na identificação da entrada onde o sinal V1 é aplicado entrada O ganho do circuito é dado por 𝐴𝑣1 𝑅𝑓 𝑅1 A tensão de saída Vo é dada por 𝑉𝑜𝐴𝑣 𝑉 11 𝑅𝑓 𝑅1𝑉 1 23 231 Atividade Prática Circuitos com amplificadores operacionais 2311 Usandose o LTSpice montouse o circuito da fig 31 Fig31 2312 Na simulação utilizouse inc opampsub no campo SPICE Directive 2313 Após a simulação foram obtidos os resultados das fig 32 e 33 Fig32 Fig33 2314 O circuito simulado é um amplificador operacional inversor Sua tensão de saída Vo é calculada por 2315 Comparandose o valor simulado com o valor calculado de Vo obtevese a tabela 7 Vo simulado V Vo calculado V Erro 24 99997 100000 0003 Tab7 2316 O erro percentual obtido em 2315 mostra a alta precisão do simulador tendo em vista que seu valor tende a zero 2317 O circuito da fig 34 foi simulado utilizandose a configuração no formato op Fig34 2318 O valor da tensão de saída Vo simulado está descrito nas fig 35 e 36 Fig35 Fig36 25 2319 O circuito simulado é um amplificador operacional não inversor Sua tensão de saída Vo é calculada por 23110 Comparandose o valor simulado com o valor calculado de Vo obtevese a tabela 8 Vo simulado V Vo calculado V Erro 149995 150000 0003 Tab8 23111 O erro percentual obtido em 23110 mostra a alta precisão do simulador tendo em vista que seu valor tende a zero 26 3 CONCLUSÃO Os experimentos com transistores permitiram visualizar a plotagem da curva de entrada VBE x IB e de saída VCE x IC a fim de compreender o processo de polarização do transistor Os valores encontrados foram consistentes com os fundamentos teóricos na medida em que foram aplicadas as equações das malhas de entrada e saída de circuitos transistorizados para o cálculo dos resistores R1 e R2 uma vez identificadas as correntes por meio de suas respectivas curvas O erro entre o valor de VCE simulada a calculada tendeu a zero O primeiro experimento com JFET demonstrou o emprego da equação de Shockley na previsão do valor da corrente de dreno uma vez conhecidas a corrente de saturação IDSS a tensão entre porta e fonte VGS e a tensão de pinchoff Vp apresentou um erro após pequenos ajustes na Vp inferior a 1 O segundo experimento com JFET demonstrou que alterandose o resistor de dreno R1 o comportamento do circuito divergiu ao previsto pela equação de Shockley porque a redução no valor ôhmico de R1 compensou o aumento na resistência RDS fazendo com que a corrente de dreno aumentasse um pouco ao invés de diminuir consideravelmente Os experimentos com amplificadores operacionais apresentaram valores consistentes com a teoria em seus dois circuitos amplificador inversor e amplificador não inversor Os erros percentuais entre simulação e cálculo analítico tenderam a zero 27 REFERÊNCIAS BOYLESTAD Robert L Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos 2013 P 123 319 322 505 e 518 Datasheet 2N5432 Vishay doc number 70245 S04028 2001 LTSpice Help LSpicehtm Disponível no programa LTSpice x64 24012 2024 28