Cálculos de Autopolarização[1]

March 25, 2018 | Author: marcelocos | Category: Transistor, Calculus, Function (Mathematics), Electrical Network, Resistor


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AUTO‐POLARIZAÇÃO DE TRANSISTORES JFET  1º‐Para que serve o gráfico na auto‐polarização do transistor JFET?  Serve para calcular o ponto estável (quiescente Q) de operação do transistor JFET. Este “ponto de  operação” é determinado pelo basicamente por três constantes:  a) A tensão VGS(OFF) (ou, conforme alguns autores, VP ): Tensão de corte porta‐fonte, é uma  constante do transistor; representa a tensão porta‐fonte necessária para interromper a  corrente de dreno (levar o transistor ao corte). É uma característica inerente a cada modelo  de transistor, devendo, para fins de exercícios ou projetos, ser previamente conhecida. Não  confundir com VGS, que é variável, e indica a tensão atuando sobre a porta‐fonte.  b) Corrente IDSS: É a corrente de dreno para a fonte com a porta curto‐circuitada; é a corrente  máxima que um JFET pode produzir. Esta é uma das mais importantes grandezas de um  JFET, pois dá a limitação de corrente do componente. Por exemplo, o MPF102 tem um IDSS  típico de 6mA; isto quer dizer que, não importa qual o projeto, a corrente de dreno estará  entre 0 e 6mA para um MPF102. Também é um dado fornecido individualmente para cada  JFET.  c) RS: Resistor da fonte. Determina a queda de tensão porta‐fonte no sistema de auto‐ polarização, varia de circuito para circuito (óbvio), e serve para evitar o uso da fonte  adicional ligada na porta‐fonte.  2º‐Embora muito mais simples que os transistores bipolares, os cálculos de auto‐polarização para o  JFET exigem que se saiba a mencionada corrente de dreno ID aonde o transistor irá se estabilizar. O  problema é que não existe uma fórmula para calcular este “ponto de operação”; mas com base nas  três constantes acima, podemos encontrar ID por aplicação gráfica.  Conforme já visto, a ID é determinada por:  1º:   2º:   => Corrente de dreno em função de IDSS e Vgs   => Corrente de dreno em função de Vgs e Rs  Como podemos ver, a primeira fórmula é uma função quadrática, logo a linha do gráfico será uma  parábola do tipo:    Figura 1‐ ID em função de Vgs   mas basta calcular apenas o ponto de cruzamento com o eixo Vgs. Mas como já visto o ponto de operação do JFET também é  influenciado pelo resistor Rs. e o segundo em função do resistor de fonte (RS).Mas esta parábola nos informa apenas os valores que a corrente ID pode assumir em função das  duas primeiras constantes: VP e IDSS . É claro que.    Figura 3‐ Corrente ID na auto‐polarização  3º‐ Para desenharmos a curva através da função  não é necessário calcular  todos os pontos possíveis. e é aí que entra a 2º fórmula:    Sendo uma função do primeiro grau. Seguiremos aqui apenas com o cálculo dos três pontos fundamentais:  . sobrepondo‐se estes dois  gráficos. se calcularmos um maior numero de  pontos. o gráfico produzido será uma linha reta:    Figura 2‐ Id em função de Rs  Agora temos dois gráficos : O primeiro definindo a corrente de dreno  (ID) em função da tensão de  porta‐fonte. o ponto de cruzamento das duas linhas informa a corrente de dreno (ID) de operação do  JFET. que nos dará uma noção da  inclinação da curva na hora de fazer o desenho. Assim. teremos uma curva mais precisa à medida que acrescentar‐se pontos onde a linha deverá  passar. o  ponto de cruzamento com o eixo ID e um ponto intermediário.  VS=RS*IS=RS*ID. poderíamos  fazer:  .  repare que o encontraremos de ID=0. para encontrar o cruzamento do gráfico com o eixo ID. pois  a linha do gráfico sempre cruzará o eixo Vgs na menor tensão porta‐fonte (Vp). pois neste  caso ID será igual a  .  b) Semelhantemente. pois para uma  tensão de porta‐fonte igual a zero Vp=0 a corrente de dreno sempre será máxima. VGS=‐VS. portanto teremos de encontrar mais um  ponto. VD=VDS+VS  . Logo este é um cálculo desnecessário.  igual à IDSS. que nos dê uma noção  aproximada da inclinação da linha do gráfico. ou seja. IS=ID. precisamos encontrar a outra através de  Esta linha do gráfico sempre partirá da origem (0. e no cruzamento das linhas       encontramos corrente ID do ponto de operação do JFET na auto‐polarização.  c) Resta‐nos ainda encontrar um terceiro ponto intermediário.      A partir daí é só aplicação das fórmulas:  Ig=0. por exemplo:  . Demonstração:             Agora já que temos uma das linhas do gráfico.0). por  razões matemáticas é preferível que encontremos o ponto ID em função de  . VDS=VDD‐ID*(RD+RS). Agora é só traçar a reta. Se vamos calcular apenas mais um ponto. e Vgs=VP. porém também é um cálculo desnecessário.a) Para encontrar o cruzamento da linha do gráfico com o eixo Vgs:  .  aí vira mel com açúcar: é só jogar  na função “solve equation” que a HP fornece o resultado.Bônus:   Para a galera que teve paciência de ler até aqui. vamos fazer a  nossa:  1º   2º   =>    Substituindo a segunda fórmula na primeira. e fazendo tudo em função de ID. basta calcular através de Báscara o valor da incógnita ID. E caso seja permitido o uso da HP.. para fins de prova. D. que  serão valores numéricos fornecidos. não existe uma fórmula para calcular ID quiescente. que é a única  incógnita encontramos:     Percebam que é uma equação do segundo grau. Substituindo‐se as constantes Rs. servirá como  prova real. e saber se “o valor que encontrei está correto”:  Conforme já visto. que  será o ID quiescente do JFET. Quinelato  Engenharia Elétrica‐ 6º Semestre       . Vp e IDSS.            David D.. então. vai um bisu que.
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