DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS
1. TRANSÍSTOR BIPOLAR DE JUNÇÕES
Simulação e Caracterização
E B C
TRANSISTOR BIPOLAR DE JUNÇÕES (Simulação/Caracterização)
Pretende-se estudar um transistor BC547/BC557 cujas características de catálogo são:
parâmetros hFEmin hFEmax fTmin(MHz) ICmax(mA) VCE0max(V) Pmax(mW)
Complementar (pnp) tipo BC547B 200 450 100 100 45 500 BC557B npn max 0 ( =30V; =0A) 15nA= CB CB E I V I max 0 ( =5V; =0A) 100nA= EB EB C I V I ( =10V; = =0A; =1MHz) 1,5pF= C CB E e C V I i f ( =10V; = =0A; =1MHz) 11pF= E EB C c C V I i f
I. CARACTERÍSTICAS DE SAÍDA DE UM ANDAR DE EMISSOR COMUM
A determinação destas características estacionárias do TBJ vai ser efectuada utilizando o traçador de características TEK571.
a) 0UCE >
• Carregue no botão MENU e efectue a seguinte programação:
Function: Acquisition Type: npn (BC547) / pnp (BC557) max CE V : 20 V max C I : 20 mA Ib/step: 5 μA Steps : 10 Rload : 1 kΩ Pmax: 0.1 W
• Carregue no botão START. Observe as características IC
( )
VCE . As curvas terminam ao longo de uma recta associada a uma resistência de 1kΩ (limitação pela carga). • Carregue no botão CURSOR. Coloque a marca em cada uma das curvas considerando5V CE
V ≅ e registe os valores da corrente IC e do ganho de corrente βF
(
⇔hFE)
. • Carregue no botão CURSOR. Coloque as marcas sobre a curva IB =25 Aμ , uma para5V CE
V ≅ e outra para VCE ≅10V. Registe os correspondentes valores do ganhoβF. • Carregue no botão CURSOR. Coloque as marcas na curvaIB =40 A,μ uma em
5V CE
V ≅ e outra em VCE ≅6V e determine a resistência incremental .ro Imprima as características e carregue em COPY.
E B C
• Carregue no botão MENU e efectue a seguinte programação: Function: Acquisition Type: npn (BC547) / pnp (BC557) max CE V : 20 V max C I : 100 mA / b I step: 50 μA Steps : 5 load R : 100 Ω max P : 0.5 W
• Carregue no botão START. Observe as características IC
( )
VCE . As curvas terminam ao longo de uma hipérbole (limitação de potência).• Carregue no botão MENU. Faça: max CE V : 100 V max C I : 5 mA / b I step: 0,5 μA Steps : 5 load R : 100 Ω max P : 0.5 W
• Observe as características e o valorUCE0, que corresponde à tensão de disrupção da junção colectora quandoIB = Imprima as características pressionando o botão 0. COPY.
b) 0VCE < Troque as posições do emissor e do colector do transistor na ligação ao traçador de
características.
• Carregue no botão MENU e faça: max CE V : 20 V max C I : 0,5 mA Ib/step: 5 μA Steps : 10 load R : 1 kΩ max P : 0.5 W
• Por um procedimento idêntico ao de a) calculeβR
(
⇔hFEno traçador)
, posicionando os cursores em todas as curvas, considerando VCE =2V. Note que na realidade o que tem é VCE = −2V, uma vez que os terminais de emissor e de colector estão trocados. • Imprima as características pressionando COPY. Observe as características e registe ovalor deUEC0,que corresponde à tensão de disrupção da junção emissor-base quando 0.
B
II. ANÁLISE TEÓRICA/SIMULAÇÃO II.1 Análise teórica
Considere a montagem de emissor comum com polarização estabilizada que utiliza um transístor BC547 representada na Fig. II.1 e cujas características de catálogo são fornecidas Os grupos que utilizam o transístor BC557 deverão trocar a polaridade da bateria.
1. Calcule o ponto de funcionamento em repouso
(
IC,IB,VCE)
, admitindo os dados obtidos na caracterização efectuada na parte I. Na ausência destes dados, use valores típicos para esta classe de transístores, disponíveis na literatura.2. Altere a resistência RC para o dobro e calcule a variação da corrente de colector IC. 3. Para o PFR definido em 1 e para a gama de altas-frequências para a qual a impedância
dos condensadores é desprezável, determine o ganho em tensão Av =vo/vi, a impedância de entrada Zi =v ii/ i e a impedância de saída Zo =vo/io quando:
• O condensador CE está inserido no circuito (emissor comum em AC); • O condensador CE é retirado do circuito (degeneração de emissor).
RE E CE CC ii io RB1 +EC v0 B RC C RB2 CB vi
~
Figura II.1 – Circuito de polarização estabilizada para um TJB
Dados: EC =20 ;V RB1=300kΩ; RB2 =82kΩ; RC =3, 3kΩ; RE =3, 3kΩ
II.2. Trabalho de simulação.
Utilizando o guia de utilização do PSPICE desenhe o circuito da Fig.I.3 do guia de laboratório do transístor bipolar de junções. Verifique por simulação a validade da análise teórica e cálculos efectuados. Para tal:
1. Seleccione e coloque os elementos do circuito de acordo com a secção 2.1 do guia PSPICE;
2. Ligue os elementos seleccionados de acordo com a secção 2.2 do guia PSPICE;
3. Siga as indicações do ponto 3.3.a) do guia PSPICE (Especificações para polarização do circuito). Active o botão “Analysis Setup” e verifique se a opção “Bias Point Detail ” se encontra seleccionada. Active também os botões “Enable bias voltage display” e “Enable bias current display” e em seguida o botão “simulate” .
4. Após completar a simulação, abra o ficheiro de texto de saída do programa PSPICE recorrendo ao menu View>Output File. Na parte final desse ficheiro leia e registe os valores que definem o ponto de funcionamento em repouso (PFR) do transístor assim como dos parâmetros do modelo incremental r gπ, m e rx.
5. Seleccione o ícone “Analysis Setup”, active a análise DC Sweep, abra a respectiva caixa de diálogo e introduza o nome da variável de entrada que pretende fazer variar
( )
RC , o intervalo e o passo da respectiva variação. Active o botão “simulate” . Observe, dentro da janela do programa Probe, os gráficos obtidos e obtenha uma cópia do gráfico observado para a página do documento Word.6. Active o ícone “Get New Part”, seleccione o gerador VAC e coloque-o em série com o condensador .C Premindo duas vezes consecutivas sobre a designação desse B gerador atribua-lhe o rótulo V2 caso essa designação não lhe seja atribuída por defeito. Altere para 1mV a amplitude de tensão desse gerador. O gerador VAC (V2) servirá para estudar o comportamento
do circuito em regime incremental para a situação em que a perturbação introduzida, do tipo sinusoidal, não modifica significativamente as condições da anterior análise em corrente contínua e, em particular, os valores dos parâmetros do modelo incremental do transistor.
7. Para a análise da resposta em frequência do amplificador deverá seleccionar o ícone “Analysis Setup”, activar a análise AC Sweep e abrir a respectiva caixa de diálogo. Escolha a opção que lhe permite analisar o comportamento do circuito quando o sinal sinusoidal do gerador V2, com a amplitude 1mV, apresenta uma frequência que pode variar de década em década, começando em 10Hz e terminando em 100MHz. Registe a forma de onda v0( )f ;
8. Registe o valor do ganho em tensão obtido quando o condensador CE é retirado do circuito na montagem de emissor comum apenas para a frequência f =10 kHz.
