Voltímetro com FET (INS368)

Os transistores de efeito de campo ainda não são muito populares entre os experimentadores e projetistas nacionais. Entretanto, diversos tipos a preços acessíveis já são disponíveis em nosso mercado, o que nos leva a publicar este artigo muito mais informativo do que realmente prático. É preciso lembrar que os transistores de efeito de campo são bastante sensíveis, principalmente às cargas estáticas, pelo que devem ser tomadas precauções especiais quando do seu manuseio.

Conforme dissemos na introdução desse artigo, os transistores de efeito de campo se tornam importantes em aplicações em que uma alta impedância de entrada seja requisito básico do circuito, como ocorre em instrumentos de medida.

Nesses, essa característica é absolutamente necessária de modo a se reduzir ao máximo a influência do instrumento no circuito que está sendo medido e, com isso, obter-se precisão compatível com as necessidades.

Neste artigo fazemos considerações sobre o projeto de um simples voltímetro com transistor de efeito de campo, o que pode servir de base para a elaboração de um projeto mais completo, com diversas escalas de tensões.

COMO FUNCIONA

Para explicar as possibilidades de aplicação do transistor de efeito de campo neste tipo de circuito, analisemos a configuração da figura 1.

Figura 1

Nela encontramos uma fonte de tensão continua de 1 V que possui uma resistência interna de 500 k. Queremos medir a tensão da fonte com um voltímetro que apresenta uma resistência de entrada de 5 M.

Podemos calcular a corrente circulante pelo circuito pela seguinte expressão:

 

Com os valores adotados no circuito obtemos a seguinte corrente:

 

Na resistência interna da fonte teremos uma queda de tensão que pode ser calculada pela seguinte expressão:

Ui = queda de tensão na fonte

I = corrente no, circuito

Ri = resistência interna

No caso do nosso circuito essa queda de tensão vale:

 

Deste modo, independentemente da precisão do instrumento, estaremos de qualquer maneira cometendo um erro de medida da ordem de 9%.

Perceba o leitor que, quanto maior for a resistência interna da fonte a ser medida e quanto menor for a resistência apresentada pela instrumento, maior será o erro introduzido pela ligação do instrumento ao circuito.

Por esse motivo, instrumentos comuns, multímetros de resistência de entrada relativamente baixa (sensibilidade menor que 100 000 Ω por Volt) de modo algum fornecem segurança na medida de tensões baixas sobre resistências elevadas.

Na figura 2 temos ilustrado o que ocorre com a ligação de um instrumento de 100 000 Ω por Volt, na escala de 0-1 Volt, na medida de uma tensão de 1 Volt sobre uma resistência de 1 M no circuito indicado.

Figura 2

Entretanto a limitação das resistências de entrada dos multímetros comuns está relacionada com a própria sensibilidade do instrumento usado já que nenhuma etapa amplificadora é usada.

Com a utilização de válvulas e, mais recentemente, de transistores de efeito de campo, pode-se aumentar essa resistência interna de tal modo a obter-se a menor influência possível do instrumento sobre a tensão ou qualquer outra grandeza medida.

O CIRCUITO

O nosso voltímetro básico consiste numa etapa amplificadora com dreno comum e realimentação reforçada de modo que, mesmo com a utilização de um instrumento indicador de pouca sensibilidade, podem ser feitas medidas de tensão sem se “carregar" o circuito analisado.

Colocando-se em curto os terminais de entrada, ou seja, estabelecendo-se uma tensão de entrada de referência de 0 Volt, com o potenciômetro pode-se ajustar a corrente para o meio da escala do instrumento, ou seja, uma corrente de 0,25 mA.

Na figura 3 damos então a correspondência das tensões de entrada com a corrente no instrumento.

Figura 3

Como existe uma pequena variação de características entre os transistores de um mesmo tipo, devido às tolerâncias de fabricação, as pendentes obtidas podem variar sensivelmente, o que exige uma calibração individual para cada caso.

A calibração pode ser feita com uma pilha comum de 1,5 Volt. A corrente indicada pelo instrumento corresponderá então a uma tensão de 1,55 Volt (f.e.m. de uma pilha nova, já que, para uma corrente de carga desprezível, a tensão sobre a carga pode ser aproximada igual à f.e.m.).

CUIDADO NO MANUSEIO DO FET

Os transistores de efeito de campo do tipo MOS (Metal-Óxido-Semicondutor) exigem precauções muito especiais durante o seu manuseio, principalmente se não possuírem proteção de comporta, pois a fina camada isolante de óxido pode perfurar com facilidade simplesmente devido às cargas acumuladas em nosso corpo quando tocamos em seus terminais.

Os transistores desse tipo são normalmente adquiridos com uma bucha protetora que, em hipótese alguma, deve ser removida quando do manuseio do transistor.

Somente depois de completada a soldagem de todos os outros componentes do circuito, passe ao transistor de efeito de campo. Para isso, em primeiro lugar, enrole um fio fino condutor em torno de seus terminais e, em seguida, retire a bucha protetora. Somente então proceda à dobra e corte dos terminais.

Tanto o soldador como a pessoa que manusear o transistor devem estar bem conectados à terra. No caso da pessoa bastará que ela segure algum fio ligado à terra durante esta operação.

Figura 4