O Relatório de Eletrônica II

1. Objetivos[pic 1][pic 2][pic 3]

• Compreender as informações apresentadas no datasheet do MOSFET tipo intensificação IRF540N;
• Estudar uma configuração básica de circuito amplificador empregando o referido semicondutor, a fim de vislumbrar suas características principais.

2. Resumo teórico^[1]

        O nome MOSFET vem da abreviação de Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (Transistor de Efeito de Campo Metal-Óxido-Semicondutor) porque, na sua construção, o contato metálico do terminal de porta é separado do substrato por uma camada isolante de dióxido de silício (SiO2). Em virtude deste isolamento, a impedância de entrada de um MOSFET é bastante elevada, de sorte que a corrente de porta se torna praticamente nula.

        O surgimento do MOSFET representou um grande avanço tecnológico por ser de fabricação muito simples, ter alto desempenho (alta impedância de entrada e baixo nível de ruído) e propiciar integração em larga escala. Em outras palavras, o tamanho muito reduzido (cerca de 20 vezes menor que um TBJ) viabiliza a presença de uma grande quantidade de MOSFETs em uma única pastilha de circuito integrado. Os dois tipos básicos de MOSFET são o de intensificação (ou de enriquecimento) e o de depleção (ou empobrecimento).

        O MOSFET é muito utilizado na fabricação de circuitos integrados de portas lógicas, registradores, memórias, dentre outros. Isso se justifica pela sua baixíssima dissipação de potência e também pela possibilidade de integração em larga escala (LSI e VLSI). Em termos de circuitos amplificadores, esse dispositivo se mostra bastante versátil tanto nas aplicações de baixa potência (típicas da Eletrônica Analógica) quanto nas de alta (caso da Eletrônica de Potência). Neste aspecto cabe destaque à possibilidade de operação em uma ampla faixa de frequência de comutação e à alta capacidade de condução de tensão e corrente com alta fidelidade de resposta.

3. Equipamentos utilizados

        Para este experimento, os seguintes materiais serão necessários:

1. 1 MOSFET IRF540N;
2. 2 resistores de 10 kΩ, 1 de 100 kΩ, 1 de 8,2 MΩ e 1 de 10 MΩ;
3. 3 capacitores de 470 ηF (poliéster);
4. 1 matriz de contatos (protoboard) MP-1680;
5. 2 multímetros digitais;
6. 1 osciloscópio digital DSO-X 2002A;
7. 1 fonte CC assimétrica FA-3005;
8. 2 cabos de força;
9. 2 ponteiras de osciloscópio;
10. 1 ponteira para gerador de função;
11. 1 par de fios banana-jacaré para alimentação do circuito;
12. 1 par de fios banana-conector para conexão do circuito com o amperímetro;
13. Fios diversos para as conexões na matriz de contatos;
14. 1 Pen drive.

4. Procedimentos

[pic 4]

        4.1. Ajuste da fonte

1. Ligue a fonte CC assimétrica FA-3005 e ajuste o valor de controle de tensão (o LED verde deve estar aceso) para obter uma tensão de 30,0 V;
2. O controle de corrente da fonte deve estar desativado (o LED vermelho deve permanecer desligado durante todo o experimento);
3. Desligue a fonte até que o circuito proposto neste experimento esteja montado.

        4.2. Ajuste da tensão de entrada

        O osciloscópio digital DSO-X 2002A possui um completo gerador de funções integrado à sua estrutura interna. Tal funcionalidade está acessível no terminal frontal Gen Out. Esta saída será empregada neste experimento para gerar a forma de onda que será empregada como tensão de entrada (vIN) do circuito amplificador. A primeira amostragem de resultados deverá ser feita com a geração de uma tensão senoidal com 350 mV de pico a pico (350 mVpp) e 500 Hz. Para efetuar estes ajustes, as seguintes etapas devem ser seguidas:

1. Conecte a ponteira de gerador de função na saída Gen Out e interconecte-a em paralelo à ponteira do canal 1 do osciloscópio;
2. Clique em Wave Gen e ajuste:

• Forma de onda: senoidal;
• Ajuste de frequência: 500 Hz;
• Amplitude inicial: 350 mVpp
• Desvio inicial: 0,0 V

1. Clique em Meas e ajuste:

• Canal: escolha inicialmente o canal 1 e depois o canal 2;
• Tipos: FREQ e PICO A PICO para ambos os canais;
• Para cada medida clique em Adicionar medida.

1. Insira o pen drive no painel frontal do osciloscópio e registre a forma de onda ajustada clicando em Save/Recall. Faça os seguintes ajustes:

• Formato: PNG;
• Salvar em: escolha uma pasta;
• Nome do arquivo: escolha um nome (o padrão é “scope_X.png”, sendo X um número maior ou igual a zero).
• Definições:

• Marque o campo Info conf;
• Defina a opção de coloração clicando em Palheta de cor.

        4.3. Montagem do circuito

1. Utilizando o N-MOSFET IRF540N, monte o circuito da figura 1 na matriz de contatos.

[pic 5]

1. Antes de inserir o sinal de entrada (vIN), energize o circuito através da fonte CC FA-3005 e registre na tabela abaixo a leitura dos multímetros.

Coordenadas do ponto Q	Voltímetro p/ VDS [V]	9,27
Amperímetro p/ ID [mA]	1,01

1. Insira a tensão vIN no circuito da figura 1 com os valores inicialmente propostos no item 4.2. Com as duas ponteiras do osciloscópio posicionadas em vIN e vOUT registre as formas de onda do circuito e salve no pen drive.
2. Utilizando a equação abaixo, calcule o ganho de tensão do circuito e registre na tabela a seguir.

[pic 6]

AV

13,608

A inserção de vIN foi capaz de alterar o ponto de polarização CC do circuito? Comente.

O ponto de polarização com a inserção de Vin não foi alterado visto que os valores Vds e ID permaneceram aproximadamente constantes.

1. Altere o valor da tensão vIN e calcule os ganhos correspondentes conforme proposto na tabela abaixo. Faça o registro das formas de onda para vIN e vOUT para cada caso e salve no pen drive.

vIN [VPP]	AV
0,5	13,56
0,75	13,60
1	13,30

1. Mantendo a amplitude da tensão de entrada em 350 mVPP modifique agora a frequência da entrada CA do circuito, segundo os valores apresentados na tabela a seguir. Salve as formas de onda de vIN e vOUT para cada caso.

vIN = 350 mVPP	fIN [Hz]	AV
500	13,429
1000	26,571
5000	55,714
50000	32,000

1. Analise as alterações verificadas na amplitude e frequência da tensão de saída do circuito (vOUT) para todos os casos de variação propostos nos itens d e e.

Na alteração de tensão (amplitude de entrada) não houve aumento considerável no ganho ao se variar 500 [mV] até 1 [V]. Já no aumento da frequência, a alteração do ganho foi proporcional até 5 KHz. Porém, para frequências maiores, como 50 KHz, houve uma interrupção da linearidade, diminuindo o ganho na tensão de saída; distorcendo-a.