PSI-2325-Laboratório de Eletrônica I

Polarização de Transistores Bipolares

Escola Politécnica da Universidade de São Paulo

Departamento de Engenharia de Sistemas Eletrônicos

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Roteiro da Aula

Objetivo do ExperimentoApresentação TeóricaDicas ExperimentaisProjetoIndicação de Bibliografia

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Objetivo

Familiarização Experimental com o projeto de circuitoseletrônicosObjetivo específico: estabelecer as condições de operação de dispositivos ativos

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Um Bom Projeto

Resulta em circuitos com características– PREVISÍVEIS e com pequena

dispersão para grandes variaçõesde parâmetros

– ESTÁVEIS com variações de temperatura e envelhecimento

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Relação entre os Experimentos 3 e 4

Os experimentos tratam de tiposdistintos de dispositivos ativos a semicondutor, porém tratam essencialmente do problema do estabelecimento do ponto de polarização (condições de operação) de dispositivos ativos que, no fundo, operam como AMPLIFICADORES DE SINAL.

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Em suma

Embora haja diferenças devido ao fato de que os dispositivos ativos empregam princípios físicos distintos, os princípios que norteiam um bom projeto de eletrônica são os mesmos.

Isso é assim desde que a válvula eletrônica foi inventada, e deve permanecer assim para o futuro!

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Transistor Bipolar

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Que é um transistor bipolar?

um dispositivo ativo em que uma CORRENTE CONTROLA outra CORRENTEum AMPLIFICADOR DA POTÊNCIA associada a um sinal

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Parâmetros ImportantesTensão de Ruptura de Coletor: máxima tensão reversa aplicável na junção coletor-baseIc máx: corrente máxima de coletorP máx: dissipação máxima de potênciaβ: ganho de correnteVbe: tensão emissor-base

outros: tensão de ruptura de base, etc.

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Modelo Simples(DC! Não para pequenos sinais!)

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Regiões de Operação

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Polarização IB Constante

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Polarização IB Constante

Problema: IC = βIB, e β não é estável !!!

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Sensibilidade da montagem IBConstante

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Polarização IE Constante

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Polarização IE Constanteimplementação prática

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Sensibilidade da montagem IEConstante

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ComparandoIB constante x IE constante

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Procedimento para Projeto de Circuitos de Polarização

Em ambos os casos (IB constante e IE constante), fazer VCEQ igual a aproximadamente metade de VCC

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Procedimento para Ante-Projetode Circuitos de Polarização

IB constante: determinar os valores de RB e RCescolher IC e RC tais que o produtoseja metade de VCC (POR QUÊ?)O valor de IC, que é βIB, permite calcular IBCom o valor de IB, calcula-se RB

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Procedimento para Ante-Projetode Circuitos de Polarização

IE constante: determinar os valores de RB1, RB2, RE e RCescolher IC e RC tais que o produto sejada ordem de 60% de VCC (POR QUÊ?)O valor de IC ≊ IE, calcular RE para que a tensão do emissor seja ≊ 10% de VCC (POR QUÊ?)Com o valor de VE, calcula-se RB1 e RB2

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Refinamento do Projeto do Circuito de Polarização

Feito o ante-projeto, refinamoso projeto– calculando as sensibilidades– usando modelos matemáticos

mais exatos– simulando o circuito– fazendo os ajustes que forem

necessários.

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REPETINDO: Um Bom Projeto

Resulta em circuitos com características– PREVISÍVEIS e com pequena

dispersão para grandes variaçõesde parâmetros

– ESTÁVEIS com variações de temperatura e envelhecimento

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Dicas de Projeto

LEMBRE-SE: o projeto tem queestar de acordo com a lista de componentes disponíveis

INTERMISSION!!!

Agora, os alunos devemfazer o projeto

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Objetivo da simulaçãoNesta aula, as simulações servem para complementar o projeto manual. No projeto manual você ganha o sentimento de causa e efeito e realiza a síntese do circuito a partir de especificações de projeto. Nele você escolhe a configuração do circuito e os valores básicos dos componentes. Na simulação, se o modelo dos componentes é correto, você pode determinar com precisão os valores dasgrandezas importantes para o circuito previamentedeterminado. Ou seja, para um circuito com componentesespecificados, voce é capaz de dizer com precisão qualserá seu desempenho, e qual será seu comportamentosob variações das condições de operação (temperatura, etc.)

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Onde e como fazer a simulação

Na sala pró-aluno está disponível o programa PSPICE v.9.1, o mesmo que já usaram na disciplina Circuitos Elétricos Deve ser usada a biblioteca de componentes do Laboratório de Eletrônica

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Análise de Monte-CarloOs produtos eletrônicos mostram dispersão de características. A simulação de Monte-Carlo visa determinar como a dispersão estatística de valores dos componentes afeta o desempenho do circuito. Permite, por exemplo, ver se por acaso uma combinação infeliz de componentes não pode levar a um funcionamento catastrófico).Para esta simulação, é obviamente necessário definir as características de dispersão de valores de cada componente.No PSPICE, os modelos dos componentes embutemtolerancias (não esquecer de DEFINIR ESSAS TOLERÂNCIAS antes de fazer a simulação)

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Análise de Monte-Carlo da Corrente de Coletor

Vamos usar o método Monte-Carlo para verificar o comportamento de ICA corrente de coletor é a variavel DC mais importante porque as características dinâmicas do circuito dependem dela. Por exemplo, o ganho de pequenos sinais, a resposta em freqüência, etc.

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Bibliografia1. J. Millman. e C. C. Halkias, Eletrônica. Mc Graw Hill, 1981, volume 2.2. I. Getreu, Modeling the Bipolar Transistor. Tektronix Inc., 1976.3. Schematic capture user’s guide: version 6.3. MicroSim Corp., Irvine, 1995.4. P. W. Tuinenga, SPICE: a guide to circuit simulation and analysis using Pspice. Englewood Cliffs, Pentice-Hall, 1988..