electrónica geral
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INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores (DEEC) Área Científica de Electrónica (ACE) ELECTRÓNICA GERAL Mestrado Integrado em Engenharia Biomédica e Mestrado Bolonha em Bioengenharia e Nanotecnologias 1ºTrabalho de Laboratório TRANSISTOR BIPOLAR DE JUNÇÃO C B E 2º Semestre 2012/2012 João Costa Freire Março de 2013 Laboratório de Electrónica Geral TRANSISTOR BIPOLAR DE JUNÇÃO (BC 547) I. Objectivos Com base nos dados de catálogo estudar um andar de amplificação simples com um transístor bipolar de junção (BJT – Bipolar Junction Transístor). O transístor é colocado numa montagem de polarização estabilizada para garantir um ponto de funcionamento em repouso (PFR) com uma corrente IC relativamente constante. Com o recurso a ferramentas de CAD são verificadas as condições de funcionamento do circuito projectado, em regime contínuo (DC) e variável incremental (AC) e de sinais fortes (análise no tempo). Para o efeito usa-se um modelo do transístor disponível. Finalmente, são verificadas experimentalmente algumas das características do amplificador em regime de funcionamento estático (DC) e dinâmico (sinais fracos e fortes). II. Estudo do funcionamento em DC (Polarização) e AC (Regime Dinâmico) Considere a montagem de polarização estabilizada de um BJT da figura II.1. Vai utilizar o transístor discreto BC 547 cujas características de catálogo são dadas em anexo. Note que no catálogo da Philips o parâmetro β (relação entre a corrente no Colector e a corrente na Base), usualmente designado por βF em DC e por βo em AC (sinais fracos), é denominado hFE. Este nome deve-se a ser um dos parâmetros híbridos e corresponde à passagem de sinal no sentido direto (Forward: entrada para saída) na montagem em Emissor comum (entrada na Base e a saída no Coletor). O seu valor em DC é dado nas tabelas para um dado ponto de funcionamento em repouso (PFR) e nas figura 2 a 4 em função de IC. O seu valor em AC, hfe ou βo, não é fornecido pela Philips. No catálogo da Fairchild, indicam o seu valor medido a 1kHz, e que é ligeiramente superior ao valor em DC, como aliás é usual. Na ausência deste dado usa-se, como nos problemas das aulas teóricas e práticas, o mesmo valor (aproximação). -1- O BJT BC547 está dividido em 3 lotes: A com 110 < hFE < 220; B com 200 < hFE < 450; e C com 420 < hFE < 800. Se não há indicação do lote consideram a variação total 110 < hFE < 800. TEE ∅5 +VCC +VCC RC R1 CC io CS RS B iO E ii + vi - CO C R2 RO RE CE + vO - Figura II.1 – Circuito de polarização estabilizada para um TJB 1. Calcule para o circuito da figura II.1 o ponto de funcionamento em repouso do transístor (ICQ, VBEQ, VCEQ, IBQ). Para o efeito considere os valores típicos do catálogo em anexo para hFE e VBE. Do catálogo tem-se para BF547B βF = hFE = 290. Para IC = 2mA do catálogo tem-se VBE = 0,66V a 20ºC. Note-se que no modelo do SPICE em anexo hFE = BF = 294,3 e não 290. Estas pequenas diferenças encontram-se muitas vezes nos dados de fabricantes. Neste caso a diferença é de apenas cerca de 1,5% que não tem significado prático em face da dispersão de fabrico. 2. Para o ponto de funcionamento em repouso calculado e para a gama de médias frequências (condensadores do circuito substituídos por um curto-circuito e o BJT com um esquema dinâmico sem efeitos capacitivos ou indutivos – médias frequências), determine os ganhos em tensão Av = vo / vi e em corrente Ai = io / ii, a impedância de entrada Zi = vi / ii e a impedância de saída Zo = vo / io quando o condensador CE está em paralelo com RE e a carga (série CO com RO) está ligada ao Coletor (Emissor comum em AC). -2- Tabela II.1 – Valores dos componentes do circuito da figura II.1 1 R1 (k Ω) 330 R2 (k Ω) 220 RC (k Ω) 4,7 RE (k Ω) 4,7 CC&CE (µ µF) 100 CS&C0 (µ µF) 220 11 2 330//680 220 4,7 4,7 100 2ªf 17h II 13 3 330 220//330 4,7 4,7 3ªf 14h30 15 4 330 220 4,7 5 330 220 6 330//820 220 Turma VCC (V) Grupo 2ªf 15h 9 2ªf 17h I 220 RS (k Ω) 22 22 RL (k Ω) 47 47 100 220 22 47 4,7//10 100 220 22 47 4,7//10 4,7 100 220 22 47 4,7 4,7 100 220 22 47 3. Com base nos resultados obtidos para o ganho de tensão, de corrente e impedâncias de entrada e saída em médias frequências comente a utilidade do circuito. 4. Explique a função dos condensadores CS, CO e CE. Calcule as constantes de tempo de cada um deles considerando os outros 2 em curto-circuito. A que frequência em Hz corresponde cada uma delas? III Trabalho de simulação Utilizando o modelo disponível para o Pspice ou LTspice (apêndice I) dos transístores do tipo BC 547, verifique por simulação com este programa de CAD (Computer Added Design – projecto assistido por computador) o funcionamento do circuito da figura II.1, nomeadamente os cálculos efectuados na parte II: 1. O ponto de funcionamento em repouso; 2. Os ganhos de tensão e corrente bem como as impedâncias de entrada e saída obtendo as respectivas respostas em frequência de uma frequência muito baixa, onde se note o limite inferior da banda, até uma frequência em que a resposta já começa a decrescer francamente com a frequência, onde se note o limite superior da banda (anote os valores das 4 grandezas (Av, Ai, Zi e Zo) em médias frequências, isto é, na zona onde estes são constantes); 3. Verifique a estabilidade do ponto de funcionamento em repouso (PFR), admitindo a variação com a dispersão de fabrico do ganho de corrente hFE dada no catálogo (110 a 800) e a tensão directa na junção BE VBE admitindo que o circuito vai operar de −20ºC a 70ºC, e que de acordo com os dados fornecidos no catálogo, ∆vBE / ∆T = −2 mV/ºK. Para alterar hFE altere na descrição do modelo o parâmetro correspondente que é apelidado BF: B de beta e f de forward (direto). No Pspice o modelo é introduzido diretamente. No LTspice vá à directoria onde está instalado o LTspice e na pasta das bibliotecas (lib de library), sub-pasta dos componentes (cmp de components) altere no -3- ficheiro onde estão os modelos dos TJBs disponíveis (standard.bjt) a linha correspondente ao TJB que está a utilizar. Verifique que os parâmetros lá disponíveis são os fornecidos no Anexo I deste guia. 4. Altere a resistência RC para o dobro e para metade do valor indicado na tabela II.1 e calcule a variação da corrente de colector IC. Comente a variação que observou e a possibilidade de usar este circuito como uma fonte de corrente de polarização, isto é, a corrente é independente da carga (resistência neste caso) que alimenta o ramo do coletor do TJB. 5. Obtenha por simulação a amplitude máxima do sinal de entrada VM para que não haja distorção na tensão incremental de saída vO (simples inspeção visual da forma da tensão: uma das alternâncias começa a ficar achatada). Para efeito vai fazendo simulações com níveis crescentes da amplitude de vI. Pode usar uma estimativa obtida a partir do PFR e do ganho em médias frequências calculados na parte II. Porque surge distorção? Justifique a sua resposta. (Facultativo) Para quantificar o nível de distorção pode fazer uma análise do espectro (função FFT do SPICE) e calcular o nível de distorção harmónica (ver guia do trabalho 0). Escolha um valor que considere razoável para o nível de distorção. Os tipos de simulações do SPICE usadas nas alíneas desta secção são os que de seguida se enunciam. Alíneas 1 e 2 correspondem a uma análise em DC (.DC – regime estático: condensadores em circuito aberto e modelo do TJB só com relações não lineares i(v)). O Spice resolve um sistema de equações de Kirchoff algébricas não lineares. Alínea 3 corresponde a uma análise em AC (.AC - regime linear no domínio da frequência: TJB substituído por modelo dinâmico de sinais fracos muito mais completo que o simples rbe (ou rπ) e gm e que inclui efeitos capacitivos dos TJB). O Spice resolve um sistema de equações de Kirchoff diferenciais lineares. Alínea 4 em regime transitório (.TRANS - domínio do tempo: TJB representado pelas relações não lineares i(v) e correspondentes às capacidades C(v), também não lineares). O Spice resolve um sistema de equações de Kirchoff diferenciais não lineares. São estes 3 tipos de análise de circuitos (.DC, .AC e .TRANS) os mais utilizados com o simulador SPICE. -4- IV. Trabalho experimental Com a base de montagem TEE 05 (Figura IV.1) fornecida com cabos de bananas interligue os componentes de modo a construir o circuito amplificador com polarização estabilizada da figura IV.1 nas condições descritas em . Os valores dos componentes são os dados na Tabela II.1 na parte II. Figura IV.1 – Base de montagem TEE 05 1. Com o multímetro no modo DC meça as tensões contínuas da fonte de alimentação VCC e nos pontos B (base), C (coletor) e E (emissor) do transístor em relação à referência (Figura IV.1). Admitindo o valor nominal para as resistências obtenha uma estimativa das correntes nos vários ramos. Preencha uma tabela como a IV.1. Tabela IV.1 – Medidas em corrente contínua DC VCC (V) VB (V) VC (V) VE (V) VBE (V) VCE (V) IC(mA) IE(mA) IRB1(mA) +EC RC RB1 C V B E V RB2 Fig. III.1 V V RE -5- IRB2(mA) IB(ma) Figura IV.2 – Circuito de polarização estabilizada para um TJB em teste 2. Coloque o condensador CE em paralelo com RE e ligue a carga RO-CO ao nó do coletor. Aplique à entrada do circuito da Figura IV.1, nó à esquerda do condensador CS, um sinal sinusoidal vI de amplitude Vim inferior ao valor máximo VM previsto na parte III ponto 5 (por exemplo VM / 2) e anote o seu valor. Escolha uma frequência para vI a meio da zona de ganho de tensão constante (fo médias frequências) e anote o seu valor. Para ter uma estimativa desta zona de frequências e seleccionar uma frequência central fo, recorra às simulações efectuadas na parte III ponto 2. Meça e anote a amplitude da tensão de saída Vom, verificando que não existe distorção, e obtenha, com o osciloscópio, a desfasagem entre as tensões de entrada e de saída, ∆ϕ. Preencha a 3ª coluna duma Tabela como a IV.2. (Facultativa) Com o analisador de espectros calcule o nível de distorção harmónica. Comente o que observa. 3. Obtenha a frequência limite inferior da banda em que a amplitude da tensão de saída Vom cai a 1/ 2 do valor que tinha na zona de ganho constante (f3dB - frequências de corte a -3dB ou de meia potência). Para esta frequência obtenha com o osciloscópio a desfasagem entre as tensões de entrada e de saída. Preencha a 2ª coluna duma Tabela como a IV.2. Justifique as desfasagens encontradas nas 2 frequências da Tabela IV.2. Tabela IV.2 – Medidas em regime dinâmico AC f3dB inf fo Vim (mV) f (Hz) Vom (mV) |Gv|=Vom/Vim ∆ϕ (º) 4. Com um sinal de frequência fo que usou acima (zona de médias frequências), aumente a amplitude da tensão de entrada até verificar distorção (Vim ≈ VM). Em que alternância de vO se verifica primeiro a distorção? Comente o facto verificado com uma análise teórica. 5. FACULTATIVA: Calcule a impedância de entrada do circuito. Para o efeito, nas condições do ponto 2 coloque uma ponta de prova do osciloscópio entre o nó da esquerda de RS e a referência e outra entre o nó da direita de RS e a referência. Tome -6- nota dos dois valores da amplitude destas tensões (Vesq e Vdir respectivamente). Com o osciloscópio em modo 1-2 obtenha a amplitude da tensão de sinal aos terminais de RS (Vrs). Pode assim, pela Lei de Ohm, obter a amplitude da corrente de entrada Irs = Vrs/RS. A impedância de entrada é dada por Zin = Vi / Irs = RS Vi / Vrs. V. Conclusões e críticas 1. Compare os resultados obtidos experimentalmente, parte IV, com os valores obtidos por teoricamente: por via analítica na parte II e por simulação com o programa Pspice na parte III. Comente, nomeadamente as diferenças encontradas. Para apoiar esta comparação sugere-se que se preencha uma tabela como a V.1. Se pretender pode acrescentar grandezas nas colunas em branco, ou mesmo acrescentar colunas. Tabela V.1 – Comparação de resultados obtidos por via teórica (analítica e simulação) e por medidas experimentais num protótipo IC (mA) VCE (V) IB (V) VBE (V) . GV(fo) VM(V) . Zin(Ω) Parte I Parte II Parte III 2. O que aprendeu com este trabalho? Teça comentários à execução do trabalho e proponha alterações que no seu entender o tornarão mais útil e aliciante. Anexo I Parâmetros do Modelo SPICE do transístor BC547B .MODEL BC547B NPN(IS=2.39E-14 XTI=3 EG=1.11 VAF=63.2 BF=294.3 NE=1.541 ISE=3.545E-15 IKF=0.1357 XTB=0 BR=7.946 NC=1.243 ISC=0 IKR=0.1144 RC=0.85 CJC=6.928E-12 MJC=0.2955 VJC=0.3997 FC=0.9579 CJE=4.858E-11 MJE=0.333 VJE=0.65 TR=1E-32 TF=277p ITF=0.7495 VTF=2.643 XTF=120 RB=1 VAR=25.9 IRB=1E-06 RBM=1 RE=0.4683 NF=1.008 NR=1.004 PTF=0 XCJC=0.6193 CJS=0 VJS=0.75 MJS=0.333) Anexo II Tabelas tipo Tabela IV.1 – Medidas em corrente contínua DC EC (V) VB (V) VC (V) VE (V) VBE (V) VCE (V) -7- IC(mA) IE(mA) IRB1(mA) IRB2(mA) IB(ma) Tabela IV.2 – Medidas em regime dinâmico AC f3dB inf fo Vim (mV) f (Hz) Vom (mV) |Gv|=Vom/Vim ∆ϕ (º) Tabela V.1 – Comparação de resultados obtidos por via teórica (analítica e simulação) e por medidas experimentais num protótipo IC (mA) VCE (V) IB (V) VBE (V) . Parte I Parte II Parte III -8- GV(fo)(c/CE) GV(fo)(s/CE) VM(V) . . Electrónica Geral Mestrado Integrado em Engenharia Biomédica Mestrado em Bioengenharia e Nanossistemas Ano Lectivo 2012/2013 Relatório do Trabalho de Laboratório nº 1 Transístor Bipolar elaborado a ....... /..................../ 2013 Grupo Turma 1 2 3 4 5 6 2ª feira 15h 2ª feira 17h I 2ª feira 17h II 3ª feira 14h30 × Apague os números que não correspondem ao seu grupo e coloque um X na sua Turma. Número Nome Rubrica Coloque os elementos do grupo por ordem numérica crescente. Recebido........./..................../ 2012 às …….h…….m por ……………………………………………….. (rúbrica) João Costa Freire EG; MEB, MEFT, MBN; 2º semestre 2011/2012- Trab Lab nº1 Indíce do Relatório 1. Introdução Nesta secção devem colocar os objectivos e a motivação para efectuar este trabalho, segundo o vosso ponto de vista (alunos). 2. Análise teórica Nesta secção devem indicar numa introdução o ponto de partida (grau de precisão) na caracterização do TJB para cada alínea enunciada no guia do trabalho (II 1 a 9) justificando a escolha. Seguem depois as subsecções 2.1 a 2.6 onde respondem às questões II 1 a 6 do guia. Os resultados serão apresentados na forma de tabelas de valores ou de gráficos consoante o que acharem mais apropriado. Deveram incluir um esquema do circuito que estão a analisar sempre que possível para explicar o que estão a fazer, indicando as tensões e correntes que usam nos vossos cálculos. Não é necessário apresentar todas as passagens dos cálculos mas apenas as equações de partida e os resultados finais. 3. Simulação Nesta secção devem indicar numa introdução o grau de precisão usado na caracterização do TJB pelo modelo para o PSPICE do transístor que utilizam (fornecido pelo guia ou outro por vós obtido da Internet) para cada alínea enunciada no guia do trabalho (III 1 a 4). Seguem depois as subsecções 2.1 a 2.4 onde respondem às questões III 1 a 4 do guia. Os resultados serão apresentados na forma de tabelas de valores, obtidos por exemplo dos ficheiros de dados de saída do PSPICE (.out,) ou de gráficos obtidos com o PROBE, consoante o que acharem mais apropriado. Devem indicar antes da apresentação dos resultados de cada simulação que tipos de simulação efectuaram e os parâmetros que as definem. Por exemplo: uma análise transitório 0 a 100 ms com um passo de 10µs. Não se esqueça de indicar as unidades das grandezas e escalas dos gráficos que apresentar. 4. Trabalho Experimental (medidas num protótipo) Devem inicialmente indicar os aparelhos que usaram (tipo, marca e modelo). Depois apresentam os resultados pedidos nos guia (IV 1 a 5) nas subsecções 4.1 a 4.5. Em cada medição devem indicar em que nós efectuaram as medidas directas e que valores foram calculados a partir das medidas (medidas indirectas) 5. Conclusões Compare os resultados obtidos experimentalmente, parte 4, com os valores obtidos por via teórica analítica, parte 2, e por simulação com o programa PSpice ou equivalente, parte 3. Comente, nomeadamente as diferenças ou concordâncias encontradas. Eram de esperar ou não? Porquê. 6. Considerações finais O que aprendeu com este trabalho? Teça comentários à execução do trabalho e proponha alterações que no seu entender o tornarão mais útil e aliciante. 7. Referências Pode aproveitar para referenciar aqui capítulos ou páginas de livros de onde tirou as fórmulas que usou nos cálculos da parte 2, ou o PSpice usa na parte 3. João Costa Freire EG; MEB, MEFT, MBN; 2º semestre 2011/2012- Trab Lab nº1 Sugestões de Tabelas Tabela IV.1 – Medidas em corrente contínua DC EC (V) VB (V) VC (V) VE (V) VBE (V) VCE (V) IC(mA) IE(mA) IRB1(mA) IRB2(mA) IB(mA) Tabela IV.2 – Medidas em regime dinâmico AC f3dB inf fo Vim (mV) f (Hz) Vom (mV) |Gv|=Vom/Vim ∆ϕ (º) Tabela V.1 – Comparação de resultados obtidos por via teórica (analítica e simulação) e por medidas experimentais num protótipo IC (mA) VCE (V) IB (V) VBE (V) . GV(fo)(c/CE) GV(fo)(s/CE) VM(V) . . Parte I Parte II Parte III ATENÇÃO: É apenas uma sugestão. João Costa Freire EG; MEB, MEFT, MBN; 2º semestre 2011/2012- Trab Lab nº1 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores (DEEC) Área Científica de Electrónica PROGRAMA OrCAD/PSPICE Instruções Básicas 2º Semestre 2010/11 João Costa Freire Março de 2011 Instruções Básicas para a Utilização do Simulador de Circuitos PSpice em ambiente OrCAD 1. Introdução No presente texto descreve-se a forma de utilizar o simulador de circuitos PSpice, dando-se especial ênfase à análise de circuitos no domínio do tempo (“.trans” – regime transitório) e da frequência (“.AC” – regime forçado sinusoidal). O simulador PSpice baseia-se no programa Spice desenvolvido na Universidade de Berkley, Califórnia, nos anos 60 do século passado, para analisar circuitos electrónicos. A versão disponibilizada funciona num ambiente chamado OrCAD (Oregon Computer Aided Design – Projecto Assistido por Computador) desenvolvido no Oregon. Neste ambiente, além do simulador PSpice funcionam diversos outros programas, nomeadamente o Schematics e o Probe. O Schematics permite desenhar o esquema do circuito a simular, em vez da tradicional entrada de dados no Spice através de um ficheiro de texto “*.cir” com a descrição do circuito ou rede eléctrica (*.cir), idêntico ao do Spice. Nele constam as especificações de todos os ramos (elementos do circuito) bem como a forma como estão interligados (grafo) com a designação dos nós a que os ramos estão ligados. Constam ainda os tipos de análises que se pretende efectuar e em que condições. O Probe permite criar gráficos a partir dos dados obtidos dos ficheiros de saída do PSpice (*.dat). Esteb programa já estava disponível, conjuntamente com o PSpice antes de haver a interface gráfica (Schematics). O programa Capture, que também faz parte do pacote OrCAD, permite através de um esquema eléctrico desenhado nele, de forma idêntica ao Schematics, criar um ficheiro para fazer o desenho de um circuito impresso (PCB – Printed Circuit Board), onde se montam depois os componentes electrónicos. No entanto, como o programa PSpice continua a necessitar como dados de entrada ficheiros de texto o Schematics dispõe de uma instrução para criar, a partir do desenho do esquema eléctrico introduzido, um conjunto de três ficheiros (“*.cir”, “*.net” e “*.als”). Nas versões iniciais do Spice era criado um único ficheiro de texto “*.cir”, que incluia a informação agora contida nos 3 atrás referidos. Segue uma descrição dos passos a seguir para analisar um circuito. Vai-se usar como exemplo um simples divisor resistivo de tensão. 2. Instalação do programa PSpice em ambiente OrCAD A versão que vai ser utilizada é gratuita, precisamente pensada para ser utilizada por alunos, PSpice student edition versão 9 que está numa pasta codificada zip “91pspstu”(Figura. 1). A principal limitação na sua utilização está no número de nós do circuito a analisar. No entanto, é mais do que suficiente para analisar qualquer circuito da Colecção de Problemas ou Guias das aulas laboratoriais disponibilizados no Fénix. Este programa faz uma análise do circuito no domínio do tempo resolvendo o sistema de equações integro-diferenciais que caracteriza a operação do circuito. O método sistemático utilizado é o método nodal, isto é, as incógnitas principais são as tensões nos nós em relação a um nó que é escolhido para referência. Para o efeito há que introduzir uma terra (Ground 0). Após a instalação dos programas disponíveis na pasta compacta “91pspstu”, estão em condições de começar a utilizá-los. Esta pasta é disponibilizada na página do Fénix da Unidade Curricular Teoria de Circuitos e Fundamentos de Electrónica (TCFE) da Licenciatura em Redes de Comunicação (LERC), Secção Laboratório, Subsecção Programa de Simulação PSpice. Fig. 1 – Logo do PSpice student edition versão 9 em ambiente OrCAD 3. Criação do esquema eléctrico A criação do desenho do esquema eléctrico da rede a analisar começa por lançar o programa “PSpice Schematics”. Aberta a janela deste programa começa-se a introduzir os componentes (part) um a um. Para introduzir cada componente seleccionar na barra do menu Draw / Get New Part (ou Draw / “CTRL G”). Abre-se uma janela com uma biblioteca de componentes mais ou menos intuitiva: componentes começados por R são resistências; por V são geradores de tensão; por I são geradores de corrente; etc. Se não encontrar o componente que pretende deve verificar se estão instaladas todas as bibliotecas de componentes disponíveis (veja anexo 1). Estes são colocados horizontalmente ou verticalmente, de acordo com o desejo do utilizador. Para rodar um componente 90º basta fazer “CTRL R” antes de o posicionar, premindo o botão esquerdo do rato. Ao colocar um componente passivo este por defeito está na posição horizontal com o nó + á esquerda. Ao rodar, como a rotação se faz no sentido inverso ao dos ponteiros do relógio o nó + passa a ser o nó inferior. A corrente convencionada como positiva num componente passivo (por exemplo numa resistência RX é designada por I(RX)) circula de + para – logo, será de baixo para cima num componente colocado na vertical e da esquerda para a direita num componente horizontal. A tensão convencionada (por exemplo numa resistência RX é designada por V(RX)) é positiva do nó + para o nó -, isto é, o nó + está a umpotencial eléctrico V(RX) superior ao do nó -. Quanto às fontes, há no símbolo a indicação do sentido convencionado para um valor positivo. Quando terminar de colocar cada tipo de componente tem de premir a tecla “ESC” para terminar a criação de cópias do símbolo do componente. Após colocar todos os componentes de cada tipo deve introduzir os valores pretendidos para cada um deles e, se pretender, pode alterar também a sua designação. O Schematics numera-os automaticamente a partir de 1. Por exemplo para as resistências vai numerando-as com R1, R2, etc. Após ser utilizado pela primeira vez cada tipo de componente (R, V, I, …) ele fica disponível na barra do menu numa caixa que, ao ser aberta (seta do lado direito da caixa ou seleccionando Draw / Place Part), mostra todos os componentes já utilizados. Estes tipos de componentes ficam disponíveis para futuras utilizações do PSpice Schematics. Esta forma de seleccionar tipos de componentes já utilizados é mais rápida. Como se referiu na parte 2, o circuito tem que ter uma terra de referência (“GND_ANALOG”), devido a ser utilizado o método nodal. Não basta colocar um tipo qualquer de terra (“GND_* ”). Fig.2 – Janela principal do Schematics Se necessitar de introduzir um componente cujo modelo não está disponível na biblioteca, pode utilizar um componente do mesmo tipo e modificar os valores dos seus parâmetros (valores colocados entre parêntesis) e, ou introduzir novos parâmetros se necessário. Para o efeito selecciona no schematics o símbolo do componente que pretende alterar e selecciona na barra de comandos superior Edit/Model e na janela que abre selecciona Edit Instance Model (Text) Na biblioteca breakout.lib há uma série de componentes que não correspondem a nenhum componente comercial e podem ser portanto os utilizados para alterar os parâmetros. Alguns só têm a indicação do nome do componente assumindo o PSPICE valores por defeito (ver manual do PSPICE – modelos). O modelo do componente alterado fica guardado na pasta onde se está a ser criado o ficheiro schematics e fica apenas associado a este circuito (ficheiro *.lib). Atenção que os parâmetros não se podem introduzir numa só linha (parágrafo) se têm mais de 120 caracteres. Sugere-se que seja introduzido um parâmetro por linha (Figura 3). Quando tiver o desenho do esquema do circuito completo, guarde-o numa nova pasta (“File / Save As”). Criam-se 2 ficheiros, um tipo “*.sch” (Figura 2) e um auxiliar tipo “*.xrf” que é apagado quando se sai do Schematics. Para guardar os seus ficheiros do PSPICE deve criar uma pasta na raiz do computador (C:) porque a versão student é dos anos 90 e não reconhece muitos níveis de pastas e ao lançar uma simulação pode dar erro por não reconhecer (encontrar) algum ficheiro, nomeadamente bibliotecas de componentes. Fig. 3 – Alteração dos parâmetros de um modelo de um TJB no Schematics Em seguida, crie os ficheiros de texto de entrada do PSpice com a descrição da rede seleccionando “Analysis / Creat Netlist”: o ficheiro com a extensão “*.net” (NETLIST) contem a descrição nodal do circuito com valores dos componentes; e o com a extensão “*.als” (ALIAS) contem apenas informação sobre a descrição nodal do circuito (Figura 4). Em alternativa à utilização do Schematics, estes ficheiros de texto podem ser criados directamente usando a sintaxe definida no manual do PSpice, por exemplo com o Bloco de Notas do Windows. Fig. 4 – Ficheiros *.als, e *.net criados a partir do Schematics 4. Definição do tipo e condições de análise Para definir o tipo de análises pretendidas seleccionar “Analysis / Setup”. Abrese uma janela onde deve seleccionar o tipo de análise (Figura 5). As mais usuais são: cálculo do ponto de funcionamento em repouso (valores das tensões e correntes em DC – Bias Point Detail); análise transitória (análise no domínio do tempo - Transient); comportamento do circuito em DC com a variação de uma fonte (varrimento em tensão ou corrente – DC Sweep); resposta do circuito em função da frequência (varrimento na frequência – AC Sweep); e cálculo de uma função de transferência (quociente entre duas grandezas do circuito – Transfer Function). Para cada um dos tipos de análise pretendida há que introduzir as respectivas condições. Para o efeito, há que pressionar rapidamente o botão esquerdo do rato duas vezes com o cursor do rato sobre a tecla da análise que se pretende caracterizar. Na Figura 4a ilustra-se o caso duma análise de varrimento com sinais contínuos em que os dados de entrada são: a grandeza que vai ser varrida, no caso a tensão do gerador V1; e o seu valor inicial e final, bem como os incrementos. Por exemplo, para a análise no tempo (Transient – Figura 4b) há que definir até que instante se pretende efectuar a análise do circuito (Final Time), o intervalo de tempo entre amostragens dos valores das grandezas (tensões e correntes) armazenados no ficheiro de dados de saída (Print Step), o instante a partir do qual se pretende armazenar valores das grandezas do circuito (No-Print Delay) e o intervalo de tempo máximo permitido entre cálculos das grandezas do circuito (Step Ceiling). Realça-se que é necessário efectuar os cálculos das grandezas do circuito desde um instante em que se conheça o estado do circuito. Se não existir este conhecimento, os cálculos têm de ser efectuados desde t=0, admitindo-se que neste instante todas as grandezas são nulas. O intervalo de tempo entre cálculos do circuito é calculado pelo algoritmo de análise e não é constante. Por este motivo, é que se define um intervalo máximo permitido. No entanto, o intervalo de tempo entre o armazenamento de dados é constante. Deste modo, o PSpice faz a interpolação entre os valores calculados para obter os valores a armazenar. (a) (b) Fig. 5 – Janelas para seleccionar o tipo de análise (Analysis Setup) e para introduzir as condições de análise: (a) varrimento com um sinal contínuo (DC Sweep); (b) análise no tempo (Transient) Quando se pretende fazer uma análise de Fourier de algumas das grandezas calculadas no tempo, há que introduzir na mesma janela as grandezas em causa, a frequência fundamental e o número de harmónicas a utilizar no cálculo dos coeficientes de Fourier de todas elas. É então criado um ficheiro com a extensão “*.cir” (CIRCUIT) que contem informação sobre o tipo de análise e suas condições (Figura 6) Fig. 6 – Ficheiro *.cir criado com o Schematics Está-se agora em condições de começar a análise do circuito. 5. Análise do circuito (PSpice) e apresentação das grandezas calculadas (Probe) O programa Probe permite apresentar os resultados da análise/simulação graficamente no plano XY. Seleccione na barra de comandos “Analysis / Probe Setup”. Na janela que se abre, “Probe Setup Options”, seleccione as opções que pretende. Usualmente escolhe-se correr o Probe automaticamente após terminar a simulação do PSpice (Automatically run Probe after simulation). Por se ter seleccionado esta opção é que no ficheiro “*.cir” da Figura 6 consta na penúltima linha a instrução .probe. Também se utiliza muitas vezes a opção Restore last Probe session que permite ter a janela do probe logo aberta, após correr o PSpice, com as grandezas e escalas usadas na simulação anterior. Tal opção é útil quando se está a estudar a influência de um ou mais componentes no funcionamento de um circuito e repete-se a mesma simulação com valores dos referidos componentes diferentes. Para se iniciar a análise do circuito com o PSpice seleccionar na barra dos menus “Analysis / Simulate”. Assim que terminar a análise do circuito abre-se uma nova janela com os eixos de um gráfico XY se, como atrás se referiu, seleccionar correr o Probe automaticamente após a simulação. Para introduzir no gráfico grandezas calculadas seleccionar na barra de comandos “Trace” e depois “Add Trace”. Na janela que se abre seleccione as grandezas que pretende visualizar (Figura 7). Fig. 7 – Janela do Probe com a sub-janela do Trace aberta Para alterar as escalas do gráfico (xx e, ou yy) seleccionar na barra de comandos “Plot / Axis Settings”. Na janela que se abre seleccionar as alterações pretendidas. Se duas das grandezas que se pretende visualizar no gráfico têm valores numéricos muito díspares, há que introduzir mais de uma escala no eixo dos yy: seleccionar “Plot / Add Y Axis” e colocar cada uma das grandezas díspares em escalas diferentes. Este caso está ilustrado na Figura 7, onde a corrente na Fonte de tensão V1 e a tensão na resistência estão traçadas: a corrente é da ordem do miliampere e a tensão da ordem do volt. O programa Probe, entre várias opções adicionais permite, por exemplo, introduzir cursores para obter valores de X e Y com precisão: seleccione “Trace / Cursor / Display”. Pode-se depois colocar o cursor num máximo, mínimo ou ponto de inflexão do gráfico seleccionando “Trace / Cursor / Max, Min ou Slope”. ANEXO 1 BIBLIOTECAS Enunciam-se neste anexo as bibliotecas usualmente disponíveis no PSpice. analog.slb A biblioteca analog tem disponíveis todos os componentes passivos básicos das redes eléctricas: resistências e condensadores, constantes e variáveis; bobinas isoladas ou acopladas (transformadores); linhas de transmissão com e sem perdas; geradores comandados por uma ou mais grandezas (POLY - polinomiais); interruptores comandados por tensão ou corrente. É ainda disponibilizado um amplificador operacional com 5 nós onde é possível definir: as tensões de alimentação (positiva e negativa); e o ganho diferencial (2 nós de entrada e 1 de saída). eval.slb Na biblioteca eval são disponibilizados modelos de um número elevado de componentes electrónicos comerciais ou ideais como por exemplo: díodos e transístores de diversos tipos, amplificadores operacionais, circuitos integrados digitais (portas lógicas, flip-flops, contadores, registos, multivibradores, excitadores, inversores), acoplador óptico. Contem ainda componentes passivos mais complexos como linhas acopladas e acoplamentos magnéticos não lineares. source.lbs A biblioteca source disponibiliza fontes de tensão e corrente de diversos tipos tais como: contínua (VDC e IDC); sinusoidal no domínio da frequência (VAC e IAC); sinusoidal no domínio do tempo (VSIN e ISIN); exponencial decrescente (VEXP e IEXP); impulso (VPULSE e IPULSE); linear por troços (VPWL e IPWL);excitação com sinal digital (STIM); e relógio digital (DigClock). port.lbs A biblioteca port contem vários tipos de terminações (portos). A terminação mais utilizada é a referência ou terra (GND). Como referido na parte 2 deste anexo, é necessário que o circuito disponha de uma terra de referência (AGND ou GND_ANALOG). special.lbs A biblioteca special permite introduzir várias acções, nomeadamente as condições iniciais dum nó (IC1) ou entre dois nós (IC2), o que, por exemplo, é útil na definição do valor inicial da tensão num condensador, quando esta é diferente de 0 (valor inicial por defeito). Outra acção muito utilizada é a medição de uma corrente num ramo (IPROBE). ANEXO 2 PSpice Student Version Release 9.1 Release Notes February, 2000 These release notes apply specifically to the PSpice Student Version Release 9.1. For detailed information about using a particular product, please refer to the online Help and documentation for that product. The Student Version of PSpice is intended for use by college students and professors who are interested in learning about analog and mixed-signal simulation. It is not intended to demonstrate the capabilities of any product other than PSpice. Because it is distributed freely, certain limitations have been imposed on the libraries and functionality. If you are interested in obtaining a fully functional version of PSpice, contact Orcad Sales at 1-800-671-9505. (International customers may call 1-503-671-9500.) To obtain the very latest information about workarounds or solutions to problems that you may encounter, visit the Orcad Design Network on the Orcad Web site at www.orcad.com/odn. Documentation for the PSpice Student Version Release 9.1 is available for download (in .PDF format) at: ftp://ftp.orcad.com/dwn_file/Pspice/Docs/9_1_SR/. You can obtain the Adobe Acrobat Reader for viewing the .PDF files at http://www.adobe.com/products/acrobat/readstep.html. For a free Starter Kit CD that demonstrates the breadth of functionality offered by Cadence PCB System Division's Orcad series products, please visit www.orcad.com. Contents • • • • What's included with the Student Version Limits, distribution, and contact information Release Notes for particular products Helpful hints What's included with the Student Version Limited versions of the following products are included in the Student Version of PSpice: • • PSpice A/D 9.1, Web Update 1, including PSpice Schematics 9.1 Your choice of schematic editors (specify during installation) o PSpice Schematics 9.1 o Capture 9.1, Web Update 2 Limits, distribution, and contact information Limits The following limits apply to the Student Version of the products: PSpice A/D Circuit simulation is limited to circuits with up to: • • • • • 64 nodes 10 transistors 65 digital primitive devices 10 transmission lines in total (ideal or non-ideal) 4 pairwise coupled transmission lines. Additional limits: • • • • • • The sample library includes 39 analog and 134 digital parts. Device characterization in the PSpice Model Editor is limited to diodes. Stimulus generation in the PSpice Stimulus Editor is limited to sine waves (analog) and clocks (digital). Circuit optimization with the PSpice Optimizer is limited to one goal, one parameter, and one constraint. You can not create CSDF format data files. You can only display simulation data from simulations performed with the Student Version of the simulator. Schematics • • You can place a maximum of 50 parts on a schematic design. You can only draw on size A sheets. Capture • • • • The PSpice libraries are the only ones included. The standard Capture libraries are not included. Import facilities, netlisters, and accessories that are not relevant to PSpice are not included. You can not save a design that contains more than 60 parts. (You can view or create larger designs, but you can not save them.) You can not save a library that contains more than 15 parts. Minimum hardware requirements • • • • • Intel Pentium 90MHz or equivalent processor Windows 95, Windows 98 or Windows NT 16MB RAM (32MB recommended) 90MB of free hard disk space CD-ROM drive • Mouse or similar pointing device Distributing the Student Version of PSpice The Student Version of PSpice can be distributed freely -- we encourage it -- providing all copyrights are observed and the software is not redistributed under another name. Contacting customer support To obtain assistance with the Student Version of PSpice, you can send questions to our customer support email address: mailto:[email protected] Release Notes for particular products To get more detailed information about the different product releases, you can read the Release Notes by clicking on the links listed below. Please keep in mind the limitations described above -- they are not covered in the release notes. PSpice Release 9.1 PSpice Release 9.1, Web Update 1 Capture Release 9.1 Capture Release 9.1, Web Updates 1 and 2 Helpful hints • If you use the Schematics-to-Capture Translator with the Student Version, you will need to use the PSPICEEV.INI file in the local Windows or WinNT directory. BC547 / BC547A / BC547B / BC547C BC547 BC547A BC547B BC547C E B TO-92 C NPN General Purpose Amplifier This device is designed for use as general purpose amplifiers and switches requiring collector currents to 300 mA. Sourced from Process 10. See PN100A for characteristics. Absolute Maximum Ratings* Symbol TA = 25°C unless otherwise noted Parameter Value Units VCEO Collector-Emitter Voltage 45 V VCES Collector-Base Voltage 50 V VEBO Emitter-Base Voltage 6.0 V IC Collector Current - Continuous 500 mA TJ, Tstg Operating and Storage Junction Temperature Range -55 to +150 °C *These ratings are limiting values above which the serviceability of any semiconductor device may be impaired. NOTES: 1) These ratings are based on a maximum junction temperature of 150 degrees C. 2) These are steady state limits. The factory should be consulted on applications involving pulsed or low duty cycle operations. Thermal Characteristics Symbol PD TA = 25°C unless otherwise noted Characteristic RθJC Total Device Dissipation Derate above 25°C Thermal Resistance, Junction to Case RθJA Thermal Resistance, Junction to Ambient 1997 Fairchild Semiconductor Corporation Max Units BC547 / A / B / C 625 5.0 83.3 mW mW/°C °C/W 200 °C/W 547ABC, Rev B (continued) Electrical Characteristics Symbol TA = 25°C unless otherwise noted Parameter Test Conditions Min Max Units OFF CHARACTERISTICS V(BR)CEO Collector-Emitter Breakdown Voltage IC = 1.0 mA, IB = 0 45 V V(BR)CBO Collector-Base Breakdown Voltage IC = 10 µA, IE = 0 50 V V(BR)CES Collector-Base Breakdown Voltage IC = 10 µA, IE = 0 50 V V(BR)EBO Emitter-Base Breakdown Voltage IE = 10 µA, IC = 0 6.0 V ICBO Collector Cutoff Current VCB = 30 V, IE = 0 VCB = 30 V, IE = 0, TA = +150 °C 15 5.0 nA µA 800 220 450 800 0.25 0.60 0.70 0.77 V V V V ON CHARACTERISTICS hFE DC Current Gain VCE = 5.0 V, IC = 2.0 mA VCE(sat) Collector-Emitter Saturation Voltage VBE(on) Base-Emitter On Voltage IC = 10 mA, IB = 0.5 mA IC = 100 mA, IB = 5.0 mA VCE = 5.0 V, IC = 2.0 mA VCE = 5.0 V, IC = 10 mA 547 547A 547B 547C 110 110 200 420 0.58 SMALL SIGNAL CHARACTERISTICS hfe Small-Signal Current Gain NF Noise Figure IC = 2.0 mA, VCE = 5.0 V, f = 1.0 kHz VCE = 5.0 V, IC = 200 µA, RS = 2.0 kΩ, f = 1.0 kHz, BW = 200 Hz 125 900 10 dB BC547 / BC547A / BC547B / BC547C NPN General Purpose Amplifier TRADEMARKS The following are registered and unregistered trademarks Fairchild Semiconductor owns or is authorized to use and is not intended to be an exhaustive list of all such trademarks. ACEx™ Bottomless™ CoolFET™ CROSSVOLT™ DOME™ E2CMOSTM EnSignaTM FACT™ FACT Quiet Series™ FAST FASTr™ GlobalOptoisolator™ GTO™ HiSeC™ ISOPLANAR™ MICROWIRE™ OPTOLOGIC™ OPTOPLANAR™ PACMAN™ POP™ PowerTrench QFET™ QS™ QT Optoelectronics™ Quiet Series™ SILENT SWITCHER SMART START™ SuperSOT™-3 SuperSOT™-6 SuperSOT™-8 SyncFET™ TinyLogic™ UHC™ VCX™ DISCLAIMER FAIRCHILD SEMICONDUCTOR RESERVES THE RIGHT TO MAKE CHANGES WITHOUT FURTHER NOTICE TO ANY PRODUCTS HEREIN TO IMPROVE RELIABILITY, FUNCTION OR DESIGN. FAIRCHILD DOES NOT ASSUME ANY LIABILITY ARISING OUT OF THE APPLICATION OR USE OF ANY PRODUCT OR CIRCUIT DESCRIBED HEREIN; NEITHER DOES IT CONVEY ANY LICENSE UNDER ITS PATENT RIGHTS, NOR THE RIGHTS OF OTHERS. LIFE SUPPORT POLICY FAIRCHILD’S PRODUCTS ARE NOT AUTHORIZED FOR USE AS CRITICAL COMPONENTS IN LIFE SUPPORT DEVICES OR SYSTEMS WITHOUT THE EXPRESS WRITTEN APPROVAL OF FAIRCHILD SEMICONDUCTOR CORPORATION. As used herein: 1. Life support devices or systems are devices or 2. A critical component is any component of a life support device or system whose failure to perform can systems which, (a) are intended for surgical implant into be reasonably expected to cause the failure of the life the body, or (b) support or sustain life, or (c) whose support device or system, or to affect its safety or failure to perform when properly used in accordance with instructions for use provided in the labeling, can be effectiveness. reasonably expected to result in significant injury to the user. PRODUCT STATUS DEFINITIONS Definition of Terms Datasheet Identification Product Status Definition Advance Information Formative or In Design This datasheet contains the design specifications for product development. Specifications may change in any manner without notice. Preliminary First Production This datasheet contains preliminary data, and supplementary data will be published at a later date. Fairchild Semiconductor reserves the right to make changes at any time without notice in order to improve design. No Identification Needed Full Production This datasheet contains final specifications. Fairchild Semiconductor reserves the right to make changes at any time without notice in order to improve design. Obsolete Not In Production This datasheet contains specifications on a product that has been discontinued by Fairchild semiconductor. The datasheet is printed for reference information only. Rev. G Philips Semiconductors - PIP - BC546; BC547; NPN general purpose transistors Page 1 sur 3 News Center | Markets | Key Technologies | Products | Platforms | Jobs | Company Profile | Products BC546; BC547; NPN general purpose transistors Information as of 2003 • MultiMarket Stay informed Semiconductors • Product Selector General description Block diagram Products & packages • Catalog by Function • Catalog by System • Cross-reference • Distributors Go Here! • Models Applications Support & tools Similar products Datasheet Email/translate General description • Packages • End of Life information Features Buy online Parametrics NPN transistor in a TO-92; SOT54 plastic package. PNP complements: BC556 and BC557. • SoC solutions Features l l Low current (max. 100 mA) Low voltage (max. 65 V). Applications l General purpose switching and amplification. AN00033_1: CM433 autosync monitor (date 17-May-00) AN00057_1: ECO-monitor (date 08-Nov-00) AN10116_2: Breakthrough In Small Signal - Low VCEsat (BISS) Transistors and their Applications Aug-02) AN95004_1: I²C Control Boards for Large Screen Monitors (date 16-Aug-95) Datasheet Type number Title Publication release date Datasheet status Page count File size (kB) BC546; BC547 NPN general purpose transistors 15-Apr-99 Product specification 8 53 Parametrics Type number Package hFE min hFE max fT min (MHz) POLARITY IC max (mA) Ptot max VCEO max(V) (mW) BC546A SOT54 (SPT, E-1) 110 220 100 NPN 100 65 500 BC546B SOT54 (SPT, E-1) 200 450 100 NPN 100 65 500 BC547 SOT54 (SPT, E-1) 110 800 100 NPN 100 45 500 BC547B SOT54 (SPT, E-1) 200 450 100 NPN 100 45 500 http://www-us.semiconductors.philips.com/pip/BC547.html 20/05/2003 Philips Semiconductors - PIP - BC546; BC547; NPN general purpose transistors BC547C SOT54 (SPT, E-1) 420 800 100 NPN 100 Page 2 sur 3 45 500 Products, packages, availability and ordering Type North Ordering code number American (12NC) type number BC546A Marking/Packing Package Device status Discretes packing info 9332 377 70112 Standard Marking * SOT54 Full production Bulk Pack (SPT; E- 1) 9332 377 70126 Standard Marking * SOT54 Full production Ammopack, Radial (SPT; E- 1) BC546B 9332 377 80112 Standard Marking * SOT54 Full production Bulk Pack (SPT; E- 1) BC546B T/R 9332 377 80116 Standard Marking * SOT54 Full production Reel Pack, Radial (SPT; E- BC546B AMO 9332 377 80126 Standard Marking * SOT54 Full production Ammopack, Radial (SPT; E- 1) 1) 9331 976 10112 Standard Marking * SOT54 Full production Bulk Pack (SPT; E- BC547 1) BC547 T/R 9331 976 10116 Standard Marking * SOT54 Full production Reel Pack, Radial (SPT; E- 1) 9331 976 10126 Standard Marking * SOT54 Full production Ammopack, Radial (SPT; E- 1) BC547B BC547B 9331 976 30112 Standard Marking * SOT54 Full production Bulk Pack (SPT; E- 1) BC547B T/R 9331 976 30116 Standard Marking * SOT54 Full production Reel Pack, Radial (SPT; E- 1) 9331 976 30126 Standard Marking * SOT54 Full production Ammopack, Radial (SPT; E- 1) 9331 976 30412 Standard Marking * SOT54 Full production Bulk Pack, Straight (SPT; ELeads (TO-92) 1) BC547C BC547C Full production 9332 377 90112 Standard Marking * SOT54 Bulk Pack (SPT; E- BC547C T/R 9332 377 90116 Standard Marking * SOT54 Full production Reel Pack, Radial (SPT; E- BC547C AMO Full production 9332 377 90126 Standard Marking * SOT54 Ammopack, Radial (SPT; E- 1) 1) 1) Products in the above table are all in production. Some variants are discontinued; click here on these variants. http://www-us.semiconductors.philips.com/pip/BC547.html 20/05/2003 Philips Semiconductors - PIP - BC546; BC547; NPN general purpose transistors Page 3 sur 3 Similar products BC546; BC547 links to the similar products page containing an overview of products that are si in function or related to the type number(s) as listed on this page. The similar products page includes products from the same catalog tree(s), relevant selection guides and products from the same functio category. Support & tools Spice Spice Spice Spice model of BC546A model of BC546B model of BC547B model of BC547C General Application Products 2000 / 2001(date 01-Oct-20) Letter Symbols - Transistors General(date 01-May-99) Email/translate this product information l l Email this product information. Translate this product information page from English to: French Translate The English language is the official language used at the semiconductors.philips.com website and webpages. All translations on this website are created through the use of Google Language Tools provided for convenience purposes only. No rights can be derived from any translation on this website | Copyright © 2003 Koninklijke Philips N.V. All rights reserved. | Privacy Policy | | Koninklijke Philips N.V. | Access to and use of this Web Site is subject to the following Terms of Use. | http://www-us.semiconductors.philips.com/pip/BC547.html 20/05/2003
