Tarefa 6 FET -...

Universidade Tecnológica Federal do Paraná EL65E – Eletrônica Básica

________________________________________________________________________________________________________________________ Departamento Acadêmico de Eletrônica 14 de agosto de 2014 http://paginapessoal.utfpr.edu.br/humberto

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EXPERIMENTO NO 06 – Transistor de Efeito de Campo OBJETIVO: Estudar o funcionamento do J-FET MATERIAIS: Instrumentos: Osciloscópio duplo traço Gerador de funções Materiais (responsabilidade do aluno): Fonte de alimentação Multímetro Régua de proto-board “Data Sheets em anexo a folha tarefa” [Obs.:alguns disponíveis http://paginapessoal.utfpr.edu.br/humberto ]

2 Transistores BF245 Resistors diversos Capacitores diversos Potenciômetro linear de 1M, 570k, 4k7 e 1k 3 pares de pontas de provas (banana-jacaré) 2 pontas de provas (BNC-jacaré) para osciloscópio 1 ponta de prova (BNC-jacaré) para o gerador de funções.

2. Resumo teórico A figura 1 apresenta um esboço da polarização de um J-FET canal N: junção PN inversamente polarizada, VGS ≤ 0, e VDS positivo (VDS > 0).

ID – corrente de dreno VDS – tensão dreno (drain) fonte (source) G – porta (gate) D – dreno (drain) S – fonte (source)

Figura 1 – Polarização de um J-FET canal N A figura 2 esboça a evolução da região de depleção de portadores (cinza), para VGS = 0, em função da tensão VDS. Aplicando-se uma pequena tensão positiva no dreno o J-FET comporta-se como um resistor, figura 2(a), ou seja, haverá uma corrente de dreno ID. A corrente ID aumenta proporcionalmente com o aumento de VDS, figuras 2(b) e 2(c). A partir da figura 2(c) a queda tensão ao longo do canal N aumenta a região de transição de forma não uniforme. A partir desse ponto o aumento na tensão VDS, aumenta as regiões de transição, diminuindo a largura do canal e aumentado a sua resistência. Logo, a corrente ID permanece, aproximadamente, constante. O valor de VDS na figura 2(c) é denominado tensão de pinçamento (drain-source pinch-off voltage), abreviada Vpo. Após o pinçamento a largura do canal permanece constante. Já o comprimento do canal aumenta e a corrente ID permanece praticamente constante. Em operação normal a máxima corrente de saturação de um J-FET é denominada de corrente dreno-fonte de saturação, IDSS, e é obtida para VGS=0. O valor de VDS não pode ser aumentado indefinidamente. VDS < VDSmáx, tensão de ruptura VR na qual as junções do JFET se rompem.



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(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

Figura 2 - Evolução das regiões de depleção em umJ-FET canal N Do aumento simultâneo de VDS e da resistência do canal ocorre que ID cresce, a princípio, linearmente, após cada vez mais lentamente, permanecendo quase que constante. O gráfico na figura 3 apresenta a característica de saída do J-FET BF245C. Note que na medida em que VGS é mais negativa o valor da corrente IDS diminui.

Figura 3 – Características de saída dos J-FETs B (esquerda), e C (direita).



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Equações para o cálculo dos capacitores:

PP

GSDSS VV

VIgm

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3. Prática 3.1 Gráfico ID x VDS para VGS=0: No circuito da figura 1, determine os valores de VCC e (P+RD) para que a corrente DSSD II 5.1 (VGS=0 consulte o

datasheet). Para isso considere que a resistência dreno-fonte como sendo igual a zero. Assim, garante-se que quem limitará a corrente IDSS será o FET e não (P+RD). Escolha um potenciômetro adequado para permitir que a corrente ID varie desde zero até DSSI5.1 . Preencha a tabela abaixo e

trace o gráfico. Indique no gráfico os valores de VPo e IDSS.

Figura 1

No circuito da figura 1, o que acontece com ID se curto-circuitarmos (P+RD)? Explique.

Gráfico de ID x VDS VDS ID



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3.2. Medição do valor de VP:

No circuito da figura 2, para o valor de (P+RD), que permitiu a corrente IDSS, varie o valor de VGS (note que a gate tem de ser negativo em relação ao terminal de source). Trace o gráfico de ID em função de VGS e indique o valor de VP=VGSoff

Figura 2

Gráfico de ID x VGS

-VGS ID

0



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3.3 Amplificador Fonte-Comum

Para uma aplicação qualquer, deseja-se fixar o ponto de trabalho Q segundo os valores de VGS e ID. Escolha VDS para que o transistor opere em classe A (região central da reta de carga): (verificar os valores de VGS e ID nas curvas do data sheet) VCC=15V; BF245A: VGS = -0,5V ID = 2,4mA VDS= BF245B: VGS = -1.5V ID = 4,0mA VDS= BF245C: VGS = -2.0V ID = 8,0mA VDS=

Exemplo: Na malha de saída temos que: )( DSDSCC RRVV , logo:

)( DS RR 1500 Ω

Na malha de entrada não circula corrente (IG=0), temos que: 0 GSDSGSRS VIRVV , logo:

mAI

VR

D

GSS 4

)5.1( 375 Ω e DR 1125 Ω

Observe que a tensão negativa de polarização VGS é fornecida através do resistor RS, que faz o potencial cair de VS para VT. Como VT < VS e VG = VT (potencial de massa), pois não há circulação de corrente na malha de entrada, temos que VG < VS, isto é, VG-VS=VGS<0. O resistor RS também permite a realimentação negativa que estabiliza o J-FET, de modo similar ao verificado com o resistor de emissor no transistor bipolar.

Sabendo que a reta de carga fica determinada pelos pontos P1 (VCC; 0) e P2 (0; )SD

CC

RR

V

, determine as

coordenadas: P1= P2= Indique esses pontos no gráfico de ID por VDS no gráfico do data sheet correspondente ao J-FET.



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No circuito amplificador, quando a Vi=0, estaremos no ponto de trabalho e VDS será igual a VDS=VCC-VRDQ, aproximadamente. A medida que Vi cresce, VGS torna-se menos negativo e ID cresce e aumenta a queda de tensão em RD. Cálculo de VGS: Com os valores de IDSS e VP medidos anteriormente e ID da curva, determinar o valor de VGS e compará-lo com o valor fornecido nas curvas. Utilizar esses dados para o projeto Cálculo de gm: Com IDSS, VP e VGS, determine gm :

Determinação de rds: No manual verificar o parâmetro yos (gos) que corresponde a dsr

1.

Valor RG: O resistor RG deve ser tal que não represente uma carga excessiva para o circuito anterior. Nesse projeto utilizar-se-á o valor de 22kΩ. Montar o circuito e medir VDS, ID e VGS:



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Cáculo dos capacitores: Para RL=1k, Rg (medido na Tarefa 5) determine os capacitores para a freqüência de corte de 100Hz. Calcular Gv, Ri e Ro Medir Gv e Ro na freqüência de 1kHz e comparar com os valores calculados. Verificar a freqüência de corte inferior. Trabalho extra-classe: Estudar e preparar uma resenha sobre os transistores do tipo MOS, incluindo circuitos de polarização. Pesquise e inclua a data sheet de pelo menos um MOS-FET que contenha as curvas. A resenha deverá ser entregue em CD, no formato DOC, compatível com o Office 2003. É responsabilidade da equipe garantir que o arquivo esteja compatível. No CD deve estar identificada a equipe e os e-mails.



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