Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
Apostila de aulas práticas de Laboratório de Eletrônica II Curso de Engenharia Eletrônica e de Telecomunicação e Curso de Engenharia Elétrica Elaborada pelo prof. Paulo J. C. Cunha Revisão-0219: prof. Paulo J. C. Cunha 02/2019 Departamento de Engenharia Eletrônica e de Telecomunicação Apostila de Laboratório de Eletrônica II _______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 2/38 SUMÁRIO AULA PRÁTICA Nº 01 - AMPLIFICADORES OPERACIONAIS I 3 QUESTÕES 9 AULA PRÁTICA Nº 02 - AMPLIFICADORES OPERACIONAIS II 10 QUESTÕES 13 AULA PRÁTICA Nº 03 - AMPLIFICADORES OPERACIONAIS III - COMPARADORES 14 QUESTÕES 16 AULA PRÁTICA Nº 04 - RETIFICADORES DE PRECISÃO 17 QUESTÕES 20 AULA PRÁTICA Nº 05 - APLICAÇÕES DO CIRCUITO INTEGRADO 555 21 QUESTÕES 24 AULA PRÁTICA Nº 06 - DIAGRAMAS DE BODE I 25 QUESTÕES 27 AULA PRÁTICA Nº 07 - DIAGRAMAS DE BODE II 28 QUESTÕES 30 AULA PRÁTICA Nº 08 - RESPOSTA EM FREQUÊNCIA DE UM AMPLIFICADOR TRANSISTORIZADO 31 QUESTÕES 33 AULA PRÁTICA Nº 09 - REALIMENTAÇÃO NEGATIVA 34 QUESTÕES 38 Apostila de Laboratório de Eletrônica II _______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 3/38 Aula Prática Nº 01 - Amplificadores Operacionais I Equipamentos Necessários Fonte de alimentação CC dupla Módulo Amplificador Operacional Osciloscópio Gerador de Funções Multímetro Conjunto de cabos de teste Parte Teórica 1) Obter do manual do fabricante dados referentes a dois tipos de amplificadores operacionais (amp.op.): LM741 e o TL081. Sites para consulta: http://www.st.com/internet/analog/subclass/61.jsp http://www.ti.com/product/LM741 http://www.ti.com/lit/ds/snosbh2/snosbh2.pdf http://www.datasheetcatalog.net/pt/ 2) Definir os seguintes termos: Ganho de malha aberta: Razão de rejeição de modo comum (CMRR): Slew rate: Faixa de passagem: Objetivos Fornecer ao aluno o primeiro contato com os amplificadores operacionais, verificando os tipos de encapsulamento, modos de polarização, pinagem e proteção, entre outros parâmetros. Analisar o funcionamento das seguintes aplicações de amplificadores operacionais: circuito inversor, circuito não inversor e circuito seguidor de tensão. http://www.st.com/internet/analog/subclass/61.jsp http://www.ti.com/product/LM741 http://www.ti.com/lit/ds/snosbh2/snosbh2.pdf http://www.datasheetcatalog.net/pt/ Apostila de Laboratório de Eletrônica II _______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 4/38 3) Preencher as tabelas 1 e 2 com os dados obtidos no manual do fabricante. Tabela 1 – Parâmetros do Amplificador Operacional LM741 TL081 Parâmetros Tensão máxima de alimentação Dissipação de potência Corrente máxima de saída Proteção contra curto circuito Ganho de malha aberta Resistência de entrada Razão de Rejeição de Modo Comum (CMRR) Resistência de saída Máxima tensão diferencial de entrada Valor do primeiro polo (sem realimentação) Slew Rate Corrente de polarização de entrada Corrente offset de entrada Produto ganho x largura de banda Máxima excursão do sinal de saída (swing) Tabela 2 – Pinagem do Amplificador Operacional Pinagem Amp.Op. 1 2 3 4 5 6 7 8 LM 741 TL081 4) Mostrar as principais formas de polarização de um amp.op. a) Utilizando fonte simétrica b) Utilizando simulação de fonte simétrica a partir de fonte única c) Utilizando fonte simples 5) Mostrar como proteger um Amplificador Operacional nas seguintes situações: a) Inversão de polaridade da tensão de alimentação. Apostila de Laboratório de Eletrônica II _______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 5/38 b) Proteção da entrada diferencial em 0,7 V. c) Proteção da entrada diferencial em outro valor qualquer. 6) Um importante parâmetro do amplificador operacional é conhecido como Slew-Rate. Explicar o que é este parâmetro e como ele limita a variação do sinal de saída de um amplificador operacional. Comparar o LM741 e o TL081 em termos de Slew-rate. Parte Prática Circuito Inversor 1) Após analisar os resistores disponíveis no módulo Amplificador Operacional, projetar um circuito inversor com ganho A=-10. 2) Desenhar ao lado o circuito projetado. 3) Anotar os valores dos resistores de realimentação(Rf) e de entrada(R1) e indicar a fórmula do ganho. R1 = _______Ω Rf = _______ Ω A =________ 4) Montar o circuito projetado e alimentá-lo com 15V. 5) Aplicar à entrada do circuito um sinal contínuo com os níveis de tensão indicados na Tabela 3 completando-a com os valores obtidos em VO. Utilizar os multímetros para medição dos valores de tensão. Esboçar nos eixos abaixo a função de transferência. Tabela 3 VS (Volts) Vo (Volts) + 2,0 +1,5 +1,0 +0,5 0,0 - 0,5 - 1,0 - 1,5 - 2,0 6) Comentar o comportamento observado em termos do ganho e da saturação. VO VS Apostila de Laboratório de Eletrônica II _______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 6/38 7) Desconectar o sinal contínuo da entrada do circuito inversor. Deixar presente apenas a alimentação do circuito. 8) Utilizando o gerador de sinais, aplicar um sinal senoidal com frequência de 100Hz e amplitude de 1V de pico a pico à entrada do circuito inversor. Ligar o canal 1 do osciloscópio na entrada do circuito e o canal 2 na saída. 9) Desenhar as formas de onda da tensão de entrada (VS) e da tensão de saída (VO) nos eixos ao lado. 10) Calcular o ganho e compará-lo com o valor projetado no item 1. A = _________ 11) Determinar a relação de fase entre VO e VS. = ________ 12) Aumentar a amplitude do sinal de entrada para 4V de pico a pico. Desenhar as formas de onda de tensão de entrada (VS) e tensão de saída (VO) nos eixos ao lado. 13) Explicar o comportamento do sinal de saída. 14) Ajustar o osciloscópio para trabalhar no modo "X-Y" e observar a curva de transferência. Desenhar a curva da função de transferência nos eixos ao lado e compará-la com a curva obtida na análise de corrente contínua do item 5. t VS t VO t VS t VO VO VS Apostila de Laboratório de Eletrônica II _______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 7/38 Circuito Não Inversor 15) Após analisar os resistores disponíveis no módulo Amplificador Operacional, projetar um projetar um circuito não inversor de ganho A= 11. 16) Desenhar circuito projetado. 17) Anotar os valores dos resistores R1 e Rf e deduzir a fórmula do ganho. R1 = ________Ω Rf = ________ Ω A =________ 18) Montar o circuito projetado e alimentá-lo com 15V. 19) Aplicar à entrada do circuito um sinal contínuo com os níveis de tensão indicados na Tabela 4 completando-a com os valores obtidos em VO. Utilizar os multímetros para medição dos valores de tensão. Esboçar nos eixos abaixo a função de transferência. Tabela 4 VS (Volts) Vo (Volts) + 2,0+1,5 +1,0 +0,5 0,0 - 0,5 - 1,0 - 1,5 - 2,0 20) Comentar o comportamento observado em termos do ganho e da saturação. 21) Substituir o sinal contínuo da entrada por um sinal senoidal, de amplitude 1,0V de pico a pico e frequência de 100Hz. 22) Medir a amplitude de pico a pico do sinal de saída (VO) e do sinal de entrada (Vs). Determinar o ganho do circuito e compará-lo com o valor pedido no projeto. Vs=________V Vo=________V A = ________ 23) Determinar a relação de fase entre o sinal de entrada e o sinal de saída. =_________ 24) Desenhar as formas de onda de VS e de VO nos eixos ao lado t VS t VO VO VS Apostila de Laboratório de Eletrônica II _______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 8/38 25) Aumentar a frequência do sinal de entrada para 100kHz e desenhar o sinal de saída encontrado. Explicar o que aconteceu em função do slew-rate. 26) Reduzir a amplitude do sinal de entrada para 100mV e observar o que aconteceu ao sinal de saída. Desenhar a forma de onda e compará-la com a forma de onda obtida no item anterior. Explicar as diferenças encontradas. Circuito Seguidor de Tensão (buffer) 27) Projetar um circuito seguidor de tensão utilizando os componentes disponíveis no módulo Amplificador Operacional. 28) Desenhar ao lado o circuito projetado. 29) Montar o circuito projetado e alimentá-lo com 15V. 30) Aplicar um sinal senoidal, de amplitude 1V de pico a pico e frequência de 100Hz. 31) Conectar o osciloscópio para observar os sinais de entrada (VS) e saída (VO). 32) Desenhar as formas de onda do sinal de entrada (VS) e saída (VO). O resultado obtido está dentro do esperado? 33) Desligar e guardar todos os módulos, cabos e instrumentos. t VS t VO t VO t VO Apostila de Laboratório de Eletrônica II _______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 9/38 Questões 1) Tomando como base o circuito não inversor projetado na aula prática, o que aconteceria caso o resistor R1 tivesse um valor ? Simular a nova configuração do circuito e fazer uma análise teórica do mesmo. 2) Simular um circuito não inversor com o resistor da malha de realimentação Rf curto-circuitado. Apresentar as formas de onda de tensão de entrada e de saída comentadas. 3) Introduzir um resistor de 10k na entrada e na malha de realimentação do circuito seguidor de tensão. Comentar teoricamente o comportamento do novo circuito. Simular este circuito e o circuito seguidor visto nesta aula comparando os resultados obtidos. 4) Simular um circuito não inversor com ganho 11 utilizando um amplificador operacional com alto slew rate, por exemplo o TL081. Simular o procedimento do item 25 e comparar com os resultados obtidos na prática. 5) Tirar conclusões a respeito dos circuitos estudados nesta aula, comparando seu comportamento prático com o comportamento teórico já estudado. Quais as principais diferenças de comportamento? Apostila de Laboratório de Eletrônica II _______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 10/38 Aula Prática Nº 02 - Amplificadores Operacionais II Equipamentos Necessários: Fonte de alimentação CC dupla Módulo Amplificador Operacional Osciloscópio Gerador de funções Multímetro Microamperímetro Conjunto de cabos de teste Parte Prática Circuito Somador 1) Utilizando os componentes disponíveis no módulo Amplificador Operacional, projetar um circuito somador-inversor (Figura 1) de tal forma que a tensão de saída seja dada por: VO = -(Va+ 2Vb ), onde Va e Vb são os sinais de entrada. 2) Anotar os valores das resistências de entrada (RA e RB) e da resistência de realimentação (Rf) no circuito da Figura 1. RA = ______________ Ω RB = ______________ Ω Rf = ______________ Ω 3) Montar o circuito projetado e alimentá-lo com 18V. 4) Aplicar na entrada “Vb” o sinal da saída sync disponível no gerador. 5) Com o osciloscópio medir sua amplitude e anotar o valor. Amplitude do sinal sync=_______ 6) Na entrada "Va" aplicar um sinal senoidal de frequência igual a 1kHz e amplitude de pico igual a duas vezes a amplitude do sinal sync medida anteriormente. 7) Ligar três canais do osciloscópio de forma a observar as formas de onda nas entradas e na saída do circuito, desenhar a forma de onda na saída nos eixos ao lado e explicar o que se observa. Objetivos Estudar o comportamento prático dos circuitos somador, diferença, fonte de corrente constante e integrador utilizando amplificadores operacionais. Utilizar corretamente os instrumentos de medição para levantamento dos dados práticos. t VO RB RA Rf 741 Vo Vb Va Figura 1- Circuito somador inversor Apostila de Laboratório de Eletrônica II _______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 11/38 8) Reduzir a amplitude do sinal de onda senoidal lentamente até zero, observando no osciloscópio o que acontece ao sinal de saída. Explicar. 9) Teoricamente, se a amplitude do sinal sync for reduzida a zero e a amplitude do sinal senoidal for mantida, qual será a forma de onda da saída? Desenha-la no eixo ao lado. 10) Aumentar a amplitude do sinal senoidal lentamente (até cerca de 20V de pico a pico). Observar o que ocorre ao sinal de saída. Procurar explicar as alterações observadas. 11) Reduzir a amplitude do sinal senoidal de entrada para 10V de pico a pico. 12) Reduzir lentamente o valor da tensão de alimentação negativa do amplificador operacional. 13) Explicar o que acontece ao sinal de saída. 14) Desconectar os componentes do circuito somador Circuito Diferença 15) Utilizando os componentes disponíveis no módulo Amplificador Operacional, projetar um circuito diferença de duas entradas (Va e Vb) de tal forma que o sinal de saída seja dado por: VO = Vb – Va, onde Va e Vb são os sinais de entrada. 16) Anotar os valores dos resistores (RA, RB, RC e Rf) e determinar a fórmula do ganho. RA =______________ Ω RB =______________ Ω RC =______________ Ω Rf =______________ Ω A =______________ 17) Montar o circuito projetado e alimentá-lo com 15V. 18) Aplicar na entrada "A" um sinal senoidal com a mesma amplitude do sinal sync aplicado ao circuito somador e frequência de 1kHz. 19) Aplicar na entrada "B" o sinal sync(TTL) do gerador de funções. 20) Ligar três canais do osciloscópio de forma a observar as formas de onda nas entradas e na saída do circuito, observar a forma de onda encontrada na saída e compará-la com a obtida no circuito somador. 21) Desenhar a forma de onda da saída no eixo ao lado. t VO t VO RC RB RA Rf U1 741 Va Vb Vo Figura 2 – Circuito diferença ou subtrator. Apostila de Laboratório de Eletrônica II _______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 12/38 Circuito Regulador de Corrente 22) Montar o circuito indicado na Figura 3 e alimentá-lo com 15V. 23) Ajustar o potenciômetro P para zero ohm. Utilizar o ohmímetro se necessário. 24) Aplicar em VS um sinal contínuo. Ajustar o valor da tensão para que tenhamos no microamperímetro cerca de 70A. 25) Ligar o voltímetroem VO. 26) Variar o potenciômetro e observar o que acontece à corrente no microamperímetro e à tensão em VO. Explicar o que aconteceu. 27) Com o potenciômetro em zero ohm, aumentar o valor da tensão VS para que a corrente seja aproximadamente 180A. 28) Variar novamente o potenciômetro e observar o que acontece ao sinal de saída VO e à corrente medida no microamperímetro. Explicar as diferenças em relação ao item anterior. Circuito Integrador 29) Montar o circuito integrador mostrado na Figura 4. 30) Alimentar o circuito com 15V. 31) Aplicar na entrada do circuito um sinal de onda quadrada, de amplitude 2,0V de pico a pico e frequência de 1kHz. 32) Conectar o osciloscópio para observar o sinal em VS e em VO. 33) Desenhar as formas de onda obtidas nos eixos ao lado. Elas estão de acordo com o esperado? Figura 3 – Circuito regulador de corrente. VO VS P DC A A1 10kΩ A C 0,1μF Rf 10kΩ R1 1kΩ A1 741 VS VO Figura 4 – Circuito integrador t VS t VO Apostila de Laboratório de Eletrônica II _______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 13/38 34) Substituir Rf =10k por um resistor de 100k. Observar e desenhar a forma de onda de saída e compará-la com a anterior. 35) Retirar agora o resistor de realimentação Rf. Manter o capacitor. Observar o sinal de saída e tentar explicar alguma variação encontrada. 36) Desligar e guardar todos os módulos, cabos e instrumentos. Questões 1) Projetar um circuito somador não inversor com duas entradas que apresente em sua saída Vo= 2(Va+Vb). Simular o circuito projetado utilizando um 741 alimentado com 15V e aplicando em suas entradas um sinal contínuo de +2V e de +1V. Apresentar os resultados da simulação comentados. 2) Aplicar agora um sinal quadrado com 1V de pico a pico em Va e um sinal senoidal com 1V de pico a pico em Vb ambos com frequência de 1kHz. Apresentar os resultados da simulação comentados. 3) Se aplicarmos um sinal senoidal (2V de pico a pico e 1kHz) na entrada do circuito integrador, qual será a forma de onda da saída? Simular esta situação mostrando as formas de onda de entrada e saída. Apresentar os resultados da simulação comentados. t VO Apostila de Laboratório de Eletrônica II _______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 14/38 Aula Prática Nº 03 - Amplificadores Operacionais III - Comparadores Equipamentos Necessários: Fonte de alimentação CC dupla Módulo Amplificador Operacional Osciloscópio Gerador de Funções Multímetro Conjunto de cabos de teste Parte Prática Circuito Comparador Simples 1) Sabendo que os resistores RA e RB na Figura 5 tem o mesmo valor e que o valor da tensão de alimentação (Vcc) é de 15V, calcular o valor da tensão presente na entrada inversora (Vref). Vref = _________V 2) Montar o circuito comparador mostrado na Figura 5 utilizando os componentes disponíveis no módulo Amplificador Operacional. 3) Utilizando o gerador de funções, aplicar um sinal senoidal de 100Hz e 1V de pico a pico na entrada não inversora do amplificador operacional. 4) Medir o valor da tensão na saída e desenhar a forma de onda de VO. VO = _________V 5) Aumentar a amplitude do sinal de entrada até observar que a saída comuta para nível alto. Medir a amplitude do sinal de entrada e desenhar a forma de onda de VO. Explicar o que você está observando. VS = _________V Objetivos Estudar circuitos comparadores simples e com histerese utilizando amplificadores operacionais. Esboçar e analisar as funções de transferência dos circuitos comparadores. Comparar o comportamento do amplificador operacional real operando em região não linear com o comportamento do amplificador operacional ideal. t VO t VO Figura 5 – Circuito comparador simples. VO VS A1 RB RA Vcc Vref Apostila de Laboratório de Eletrônica II _______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 15/38 6) Aumentar mais a amplitude do sinal de entrada para cerca de 20V de pico a pico e medir os valores de Vsat+ e Vsat-. Desenhar a forma de onda de Vo e explicar o que você está observando. Comparar o valor de Vsat+ obtido com o valor teórico estudado. Vsat+ = _________V Vsat- = _________V 7) Ajustar o osciloscópio para trabalhar com varredura externa (Modo X-Y). Conectar a entrada horizontal (canal 1) em VS e a entrada vertical (canal 2) em VO. Desenhar a forma de onda encontrada. Comentar os resultados encontrados. Circuito Comparador com histerese ou Schmitt Trigger 8) Montar o circuito comparador com histerese mostrado na Figura 6. Utilizar os componentes disponíveis no módulo Amplificador Operacional. 9) Alimentar o circuito com 15V. 10) Conectar o osciloscópio para observar os sinais de entrada (VS) e de saída (VO). 11) Aplicar ao circuito um sinal senoidal de 100Hz e 1V de pico a pico. 12) Aumentar a amplitude do sinal de entrada até que o circuito passe a saturar positivamente e negativamente. 13) Medir os valores da saturação positiva e negativa. Explicar a diferença de comportamento em relação ao circuito comparador simples. VSAT+ = _________V VSAT- = _________V 14) Utilizando VSAT+ e VSAT- encontrados no item anterior, calcular os valores das tensões de referência VREF+ e VREF- utilizando o divisor de tensão formado por R1 e R2 . VREF + = _________V VREF - = _________V 15) Medir VREF+ e VREF- utilizando o osciloscópio e comparar com os valores calculados no item anterior. VREF+ = _________V VREF- = _________V Figura 6 – Circuito comparador com histerese. t VO Vref VO A1 RB RA VS VO VS Apostila de Laboratório de Eletrônica II _______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 16/38 16) Aumentar a amplitude do sinal de entrada para cerca de 20V de pico a pico. Utilizando a varredura externa do osciloscópio, desenhar nos eixos ao lado a função de transferência de VO x VS e compará-la com a curva teórica. 17) Desligar e guardar todos os módulos, cabos e instrumentos. Questões 1) Simular um comparador com histerese, aplicando-se uma tensão de +2V no lugar do terra conectado ao resistor RB. Indicar por meio de formas de onda os novos valores de VREF+ e VREF-? Utilizar um operacional 741. Apresentar os resultados da simulação comentados. 2) No comparador com histerese, substituir o terra ligado ao resistor RB por uma tensão de –5V. Calcular as novas tensões de referência positiva e negativa. Desenhar a nova função de transferência teórica. 3) Simular os circuitos utilizados nesta aula prática, utilizando o 741 e apresentar um relatório comparando os resultados simulados com os resultados práticos obtidos. VO VS Apostila de Laboratório de Eletrônica II _______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 17/38 Aula Prática Nº 04 - Retificadores de Precisão Material Necessário: Módulo 11 - Retificadores de Precisão Osciloscópio Gerador de Funções Multímetro Fonte de alimentação CC dupla Conjunto de cabos de teste Parte Prática Circuito 1: Retificador de meia onda 1) Montar o circuitomostrado na Figura 7. 2) Alimentar o circuito com 15V. 3) Aplicar na entrada um sinal senoidal de 200Hz e 10V de pico a pico. 4) Ligar o osciloscópio e conectá-lo para observar o sinal de entrada (canal 1) e o sinal na saída do amplificador operacional (canal 2 em Va). 5) Desenhar as formas de onda observadas na entrada VS e no ponto Va nos eixos ao lado. 6) Explicar a forma de onda observada na saída do amplificador operacional (Va). Objetivos Analisar o funcionamento de circuitos retificadores de precisão de meia onda e onda completa. Comparar o funcionamento de circuitos retificadores comuns e de precisão. t VS t Va VO D1 VS A1 1k 10k Va Figura 7 – Circuito 1: retificador de meia onda. Apostila de Laboratório de Eletrônica II _______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 18/38 7) Transferir o canal 2 do osciloscópio para observar a forma de onda na saída do circuito (Vo). Desenhar a forma de onda no eixo abaixo. 8) Desmontar o circuito. Circuito 2- Retificador de meia onda 9) Montar o circuito 2 mostrado na Figura 8. 10) Alimentar o circuito com 15V. 11) Aplicar na entrada um sinal senoidal de 200Hz e 10V de pico a pico. 12) Ligar o osciloscópio e observar o sinal de entrada (canal 1= VS) e o sinal no ponto Va na saída do amplificador operacional. (canal 2= Va). 13) Desenhar as formas de onda observadas nos eixos ao lado. Comparar com as formas de onda observadas no item 5. 14) Transferir o canal 2 do osciloscópio para observar a forma de onda na saída do circuito (Vo). Desenhar a forma de onda no eixo abaixo. Comparar o resultado encontrado com o obtido no retificador de meia onda do circuito 1. 15) Desmontar o circuito. t VO Figura 8 – Circuito 2: retificador de meia onda. VO D2 VS D1 1k 10k 10k A1 Va t VS t Va t VO Apostila de Laboratório de Eletrônica II _______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 19/38 Circuito 3- Retificador de onda completa 16) Montar o circuito 3, mostrado na Figura 9, com bastante atenção. 17) Alimentar o circuito com 15V. 18) Aplicar na entrada um sinal senoidal de 200Hz e 10V de pico a pico. 19) Conectar os canais do osciloscópio para observar a forma de onda na entrada do circuito no canal 1 (VS), no canal 2 (ponto a) e no canal 3 (na saída VO). 20) Desenhar as formas de onda nos eixos ao lado. 21) Explicar a forma de onda na saída em função das formas de onda de entrada e no ponto a. 22) Desmontar o circuito. 1k VO 10k A2 10k 5k D2 VS D1 A1 10k 10k a Figura 9 – Circuito 3: retificador de onda completa. t VS t Va t VO Apostila de Laboratório de Eletrônica II _______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 20/38 Circuito 4 – Retificador de onda completa 23) Montar o circuito 4 mostrado na Figura 10. 24) Alimentar o circuito com 15V. 25) Aplicar na entrada um sinal senoidal de 200Hz e 10V de pico a pico. 26) Ligar o osciloscópio e observar o sinal de entrada VS do circuito no canal 1, o sinal no ponto Va no canal 2, o sinal no ponto Vb no canal 3 e em VO no canal 4. 27) Ajustar o Trigger source para canal 1. 28) Desenhar as formas de onda observadas nos eixos ao lado. Sugestão: Deixe somente a forma de onda de entrada e no ponto desejado para facilitar o desenho das formas de onda. 29) Explicar as formas de onda obtidas em cada ponto observado. 30) Desligar e guardar todos os módulos, cabos e instrumentos. Questões 1) Sugerir modificações nos circuitos retificadores estudados na aula prática para que tenhamos na saída um sinal de polaridade oposta àquela obtida com os circuitos utilizados. 2) Simular todos esses circuitos e comentar seu funcionamento. 3) Que alterações deverão ser realizadas no circuito da Figura 9, para obter-se uma relação entre o valor de pico do sinal de entrada e o valor de pico do sinal retificado igual a 10? Simular o novo circuito e apresentar as formas de onda da tensão de entrada e de saída. Sugestão: aplicar à entrada um sinal quadrado com amplitude igual a 2V de pico a pico. Figura 10 – Circuito 4: retificador de onda completa. VO 1k A2 10k D3 VS D1 A1 10k Va Vb t VS t Va t Vb t VO Apostila de Laboratório de Eletrônica II _______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 21/38 Aula Prática Nº 05 - Aplicações do Circuito Integrado 555 Equipamentos Necessários: Fonte de alimentação Osciloscópio Multímetro Gerador de funções Módulo 12 -Aplicações do CI 555 Conjunto de cabos de teste Parte Teórica Sites sobre o assunto: http://www.ti.com/product/ http://www.sentex.ca/~mec1995/gadgets/555/555.html http://www.sabereletronica.com.br/secoes/leitura/1595 Animações sobre o funcionamento do ci 555: http://www.wisc-online.com/Objects/ViewObject.aspx?ID=SSE8106 http://www.wisc-online.com/objects/ViewObject.aspx?ID=SSE7806 https://www.wisc-online.com/search?searchType=1&q=mono 1) Fazer uma descrição resumida do CI 555. Desenhar seu circuito interno equivalente e explicá- lo em uma aplicação de um circuito astável. 2) Fornecer a pinagem do CI555 e explicar porque este CI é chamado de 555. 3) O que é Duty Cycle e como medi-lo? Objetivos Conhecer o princípio de funcionamento do CI 555. Conhecer algumas características elétricas do CI 555. Estudar as aplicações do CI555 como multivibrador astável e VCO http://www.ti.com/product/ http://www.sentex.ca/~mec1995/gadgets/555/555.html http://www.sabereletronica.com.br/secoes/leitura/1595 http://www.wisc-online.com/Objects/ViewObject.aspx?ID=SSE8106 http://www.wisc-online.com/objects/ViewObject.aspx?ID=SSE7806 https://www.wisc-online.com/search?searchType=1&q=mono Apostila de Laboratório de Eletrônica II _______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 22/38 4) Completar a Tabela 5 com as características elétricas do CI555. Tabela 5 – Características Elétricas do CI555 Características Condições de Teste Limites Unidade Mín Típ Máx Tensão de alimentação V Corrente de alimentação CC (estado baixo) V+ = 5V; RL = ∞ mA V+ = 15V; RL = ∞ mA Tensão threshold V Tensão de disparo V+ = 5V V V+ = 15V V Corrente de disparo A Corrente threshold A Tensão de reset V Corrente de reset mA Tensão de saída (estado baixo) V+ = 15V; Idrenada = 100mA V Tensão de saída (estado alto) V+ = 15V; Ifornecida = 100mA V Tempo de subida ns Tempo de descida ns Corrente de saída drenada mA fornecida mA 5) Dentre as aplicações mais comuns do 555, temos sua operação como circuito astável e monoestável. Fazer uma descrição resumida mostrando os circuitos típicos e as equações para o cálculo dos mesmos. Apostila de Laboratório de Eletrônica II _______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 23/38 PartePrática Operação como Astável 1) Montar o circuito mostrado na Figura 11, utilizando os componentes disponíveis no módulo 12. 2) Alimentar o módulo com + 12V. 3) Calcular: THIGH (tempo que permanece no estado alto), TLOW (tempo que permanece no estado baixo), frequência de oscilação(f) e duty cycle (D). THIGH = 0,695 (RA + RB) C → THIGH=______ TLOW = 0,695 RB.C → TLOW=______ T=______→ f=______Hz D=_____% 4) Desenhar as formas de onda no capacitor C e na saída (VO) nos eixos ao lado. Mostrar as amplitudes e os períodos encontrados. Observar se a relação entre a tensão de alimentação e a tensão máxima e mínima no capacitor estão de acordo com a teoria. 5) Medir os valores de THIGH, TLOW e f. Comparar com os valores calculados. THIGH=______ TLOW=______ f=______Hz 6) Conectar agora o diodo D1 ao circuito. 7) Explicar, teoricamente, o novo funcionamento. 8) Calcular a nova frequência de oscilação e o novo duty cycle. f=______Hz D=______% 9) Com o osciloscópio ligado na saída, medir a frequência e o duty cycle. Tirar conclusões. f=______Hz D=______% 10) Desmontar o circuito. Operação como VCO O VCO (Voltage Controlled Oscillator) é um oscilador cuja frequência é controlada pela tensão aplicada ao circuito. Desta forma, a frequência do sinal de saída depende da tensão aplicada na entrada de controle (pino 5). No circuito da Figura 12, observar que o pino 5 (controle) está ligado a um potenciômetro. Variando-se o valor da tensão aplicada a este pino variamos o tempo de carga e descarga do capacitor, alterando-se, então, a frequência do sinal de saída. 1) Montar o circuito da Figura 12 utilizando os componentes disponíveis no módulo 12. Figura 11 –Multivibrador astável. S1 D1 +12V 1 Gnd 2 Trg 3 Out 4 Rst 5 Ctl 6 Thr 7 Dis 8 Vcc 555 C 0,1μF C1 0,01μF RA 10kΩ RB 10kΩ VO Figura 12 –Aplicação do 555 como VCO. 10kΩ +12V 1 Gnd 2 Trg 3 Out 4 Rst 5 Ctl 6 Thr 7 Dis 8 Vcc 555 C 0,1μF RD 10kΩ RC 10kΩ RA 1kΩ RB 1kΩ VO Pino 5 t VC t VO Apostila de Laboratório de Eletrônica II _______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 24/38 2) Ligar o osciloscópio para observar a tensão no capacitor "C" e na saída. 3) Ligar também o voltímetro para medir a tensão aplicada ao pino 5. 4) Ajustar o potenciômetro em seu valor mínimo (Utilizar o ohmímetro se necessário). 5) Desenhar as formas de onda encontradas nos eixos ao lado. 6) Medir também a tensão de controle (pino 5) e a frequência de saída. Qual é a relação entre a tensão no pino 5 e a máxima tensão no capacitor? V5 =______V f =______Hz VC =______V 7) Ajustar agora o potenciômetro em seu valor máximo e repetir o procedimento do item anterior. V5 =______V f =______Hz VC =______V 8) Comparar os resultados obtidos nos itens 3 e 4 e tirar conclusões 9) Desligar a alimentação, desfazer as ligações e guardar o material utilizado nessa aula. Questões 1) É possível construirmos um circuito astável com duty cycle de 50% utilizando o diagrama mostrado na Figura 11 (sem o diodo)? Por que? Como podemos aproximar o duty cycle de 50%? 2) Simular sua solução e comentar o resultado da simulação. 3) Em um circuito astável quais os componentes envolvidos na carga e na descarga do capacitor responsável pela oscilação? 4) Quais são as tensões de referência internas do 555? 5) Simular um circuito monoestável construído utilizando o CI 555 e comentar seu funcionamento utilizando formas de onda. t VC t VO Apostila de Laboratório de Eletrônica II _______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 25/38 Aula Prática Nº 06 - Diagramas de Bode I Equipamentos Necessários: Módulo 03 – Filtros RC Osciloscópio Gerador de Funções Multímetro Conjunto de cabos de teste Parte Teórica Nesta aula prática, iremos levantar os dados necessários para traçar os diagramas de Bode, linearizado e real, para amplitude e fase em função da frequência. A transição entre o diagrama linearizado (aproximação do diagrama real) e o diagrama real pode ser feita com o auxílio da Tabela 6. Esta tabela apresenta o desvio do diagrama linearizado em relação ao diagrama real. Tabela 6 – Relação entre o diagrama linearizado e o diagrama real Relação de Frequência Erro de Amplitude (dB) Erro de fase (Graus) 0,1 0,04 5,7 0,5 1 4,0 1,0 3 0 2,0 1 4,0 10,0 0,04 5,7 Parte Prática Filtro RC passa-alta 1) A Figura 13 mostra um filtro passa-alta. 2) Calcular a frequência de corte deste filtro. Lembrar que: fc = _________Hz Objetivos Comparar as características de um filtro RC passa alta e passa baixa. Identificar o valor da frequência de corte de filtros. Levantar a curva de resposta em frequência de filtros RC. Traçar os diagramas de Bode dos filtros RC. Simular os filtros RC analisando as curvas de ganho e fase Figura 13 – Filtro passa-alta. C 0,01µF R 15kΩ VS VO Apostila de Laboratório de Eletrônica II _______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 26/38 3) Aplicar ao filtro um sinal senoidal com frequência duas décadas maior que o valor da frequência de corte calculada e ajustar a amplitude de VO para 10V de pico a pico. 4) Calcular o valor do ganho em V/V e em dB. Avo=_________ Avo=_________ dB 5) Comentar se os resultados estão de acordo com o esperado teoricamente. 6) Calcular o valor de Vo e Av no corte. Vo(corte)=_________V Av(corte)=_________V 7) Preencher a tabela abaixo com as frequências adequadas ao seu filtro. Manter VS constante e variar a frequência para 0,01fc; 0,1fc; 0,5fc; fc; 2fc; 10fc e 100fc. Frequência (Hz) Amplitude de saída (VO) Ganho (VO/VS) Ganho (dB) Fase (graus) 8) Utilizando o Excel ou outro software traçar as curvas linearizadas de Bode de Av (dB) x f(Hz) e x f(Hz) indicando todas as inclinações e amplitudes. Utilizar escalas adequadas para que seja possível verificar com facilidade os pontos de –3dB e de 45o. 9) Utilizando os dados levantados experimentalmente, traçar, no mesmo gráfico, as curvas experimentais de Av(dB) x f(Hz) e x f(Hz). Indicar o ponto onde ocorre a frequência de corte. 10) Comparar as curvas linearizadas e reais. Filtro RC passa-baixa 11) A Figura 14 mostra um filtro RC passa-baixa. 12) Calcular a frequência de corte. Lembrar que: fc = _________Hz 13) Aplicar ao filtro um sinal senoidal com frequência 2 décadas menor que o valor da frequência de corte calculada e ajustar a amplitude de VO para 10V de pico a pico. 14) Calcular o valor do ganho em V/V e em dB. Avo=_________ e Avo=_________ dB 15) Comentar se os resultados estão de acordo com o esperado teoricamente. AvAv corte 707,0)( ||log20|| AvAv dB ||log20|| AvAv dB C 0,01µF R 1kΩ VS VO Figura 14 – Filtro passa-baixa. Apostila de Laboratório de Eletrônica II _______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 27/38 16) Calcular o valor de VO e Av no corte. VO(corte)=_________V Av(corte)=_________V 17) Preencher a tabela abaixo com as frequências adequadas ao seu filtro. Manter VS constante e variar a frequência para 0,01fc; 0,1fc; 0,5fc; fc; 2fc; 10fc e 100fc. Frequência (Hz) Amplitude de saída (Vo) Ganho (VO/VS) Ganho (dB) Fase (graus)18) Utilizando o Excel ou outro software traçar as curvas linearizadas de Bode de Av(dB) x f(Hz) e x f(Hz) indicando todas as inclinações e amplitudes. Utilizar escalas adequadas para que seja possível verificar com facilidade os pontos de –3dB e de 45o 19) Utilizando os dados levantados experimentalmente, traçar, no mesmo gráfico, as curvas experimentais de Av(dB) x f(Hz) e x f(Hz). Indicar o ponto onde ocorre a frequência de corte. 20) Comparar as curvas linearizadas e reais. 21) Desligar e guardar todos os módulos e instrumentos. Questões 1) Mostrar que uma redução de 50% no ganho de potência corresponde a uma redução de 3dB no ganho de tensão. 2) Deduzir a função de transferência e calcular os valores do ganho em corrente contínua e da frequência de corte para os circuitos mostrados na Figura 15. Simular os circuitos para que se obtenha as curvas de Bode de Av(dB) x f(Hz) e x f(Hz). Analisar estas curvas mostrando as frequências de zeros e de pólos. 3) Simular o comportamento dos circuitos estudados nesta aula. Apresentar os resultados da simulação por meio de gráficos de Bode e compará-los com aqueles obtidos na prática. 4) Deduzir as funções de transferência em termos de s para os filtros passa-alta e passa-baixa estudados nesta aula. A partir dessas funções deduzir as expressões para |Av| e θ. AvAv corte 707,0)( C1 10nF R2 1kΩ R1 99kΩ VS VO Figura 15 – Circuitos RC. C2 10nF R4 1kΩ R3 99kΩ VS VO Apostila de Laboratório de Eletrônica II _______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 28/38 Aula Prática Nº 07 - Diagramas de Bode II Equipamentos Necessários: Módulo 07 – Diagramas de Bode II Osciloscópio Gerador de Funções Multímetro Conjunto de cabos de teste Parte Teórica Passa-faixa Considerar o filtro passa-faixa mostrado na Figura 16. A análise teórica deste filtro pode ser feita considerando-se três faixas distintas de frequência de operação: Circuito equivalente para baixas frequências: o capacitor C1 é considerado um circuito aberto. Circuito equivalente para médias frequências: o capacitor C2 é um curto-circuito e o capacitor C1 é um circuito aberto. Circuito equivalente para altas frequências: o capacitor C2 é um curto-circuito. Utilizando estas simplificações, é possível deduzir as expressões do ganho em frequências médias (Avo), da frequência de corte inferior (fL) e da frequência de corte superior (fH). 21 2 RR R AVO 2212 1 CRR fL 121 //2 1 CRR fH Rejeita-faixa Considerar o filtro passa-faixa mostrado na Figura 17. A análise teórica deste filtro pode ser feita considerando- se quatro modos distintos de operação: Dois modos para baixas frequências: o capacitor 2C é dividido por 2 e temos um sistema RC. Dois modos para altas frequências: o resistor R/2 é multiplicado por 2 e temos um sistema RC. Para o circuito da Figura 17, temos as seguintes equações: RC2 1 fo of4BW BW f Q o onde: fo é a frequência central de rejeição; BW é a largura da faixa de rejeição; Q é o fator de qualidade (seletividade do filtro). Observar que um alto fator de qualidade implica em uma faixa de rejeição mais estreita. Objetivos Estudar o funcionamento de filtro RC passa faixa e rejeita faixa. Levantar a curva de resposta em frequência dos filtros RC passa faixa e rejeita faixa. Traçar os diagramas de Bode dos filtros RC e identificar a faixa de passagem e de rejeição. Simular os filtros RC passa faixa e rejeita faixa analisando as curvas de ganho e fase C1 330pF C2 10nF R2 56kΩ R1 10kΩ VS VO Figura 16 – Filtro passa-faixa. Figura 17 – Filtro rejeita-faixa. C 10nF C 10nF 2C 20nF R/2 11kΩ R 22kΩ R 22kΩ VS VO Apostila de Laboratório de Eletrônica II _______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 29/38 Parte Prática Passa-faixa 1) Para o circuito passa-faixa mostrado na Figura 16, calcular os valores de Avo, fH, fL e BW. Avo = _______ fH = _______ fL = _______ BW = _______ 2) Aplicar ao filtro um sinal senoidal de 10V de pico a pico e preencher a tabela abaixo. Manter VS constante e variar a frequência para 0,1fL; fL;10fL e 0,1fH; fH;10fH. Frequência (Hz) Amplitude de Vo Ganho (VO/VS) Ganho (dB) Fase (graus) 3) Utilizando o Excel ou outro software traçar as curvas experimentais de Av(dB) x f(Hz) e x f(Hz).Utilizar escalas adequadas para que seja possível verificar com facilidade os pontos de –3dB e de 45o. 4) Com base no gráfico traçado no item anterior, determinar os valores do ganho em médias frequências (Avo), da frequência de corte inferior (fL), da frequência de corte superior (fH) e da faixa de passagem (BW). AVO = _______ fH = _______ fL = _______ BW = _______ 5) Comparar os resultados obtidos no item 4 com os valores calculados no item 1. 6) Aplicar na entrada do filtro uma onda quadrada com 10V de pico a pico e fazer a frequência variar desde valores abaixo de fL até valores acima de fH. Observar, simultaneamente, o sinal de saída e entrada no osciloscópio. Comentar os resultados. Rejeita-faixa 7) Para o circuito rejeita-faixa mostrado na Figura 17, calcular o valor de fo e BW. fo = _________ BW = _________ Apostila de Laboratório de Eletrônica II _______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 30/38 8) Aplicar ao filtro rejeita faixa um sinal senoidal de 10V de pico a pico e preencher a tabela abaixo. Frequência (Hz) 100 200 500 600 700 750 800 1k 2k 10k Ganho (V/V) Ganho (dB) Fase (graus) 9) Utilizando o Excel ou outro software traçar as curvas experimentais de Av(dB) x f(Hz) e x f(Hz). Utilizar uma escala adequada para que seja possível verificar com facilidade o ponto de –3dB. 10) Com base nos gráficos traçados no item 9, determinar a frequência central de rejeição (fo) e a faixa de rejeição (BW). fo = _______ BW = _______ 11) Comparar os resultados obtidos no item 10 com os valores calculados no item 7. 12) Determinar o fator Q obtido experimentalmente. Comparar com o valor teórico esperado. Qexperimental = _______ Qteórico = _______ 13) Aplicar na entrada do filtro uma onda quadrada e fazer a frequência variar desde valores abaixo de fo até valores acima de fo. Observar, simultaneamente, o sinal de saída e entrada no osciloscópio. Comentar os resultados. 14) Desligar e guardar todos os módulos e instrumentos. Questões 1) Deduzir as expressões as expressões para Avo, fH e fL do filtro passa faixa. 2) Simular os circuitos estudados na aula prática. Apresentar um relatório comparando os diagramas de Bode obtidos na simulação com os gráficos traçados com os resultados obtidos na prática. 3) Simular o circuito da Figura 16 considerando os dois capacitores iguais a 0,01F. Comentar os resultados obtidos comparando com a simulação do item anterior. Apostila de Laboratório de Eletrônica II _______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 31/38 Aula Prática Nº 08 - Resposta em Frequência de um Amplificador Transistorizado Equipamentos Necessários: Módulo 02- Resposta em frequência de um amplificador transistorizado Osciloscópio Gerador de Funções Multímetro Fonte de alimentação CC Conjunto de cabos deteste Parte Teórica A Figura 18 mostra uma curva típica da resposta em frequência de um amplificador transistorizado. O gráfico da resposta em frequência fornece a relação entre o ganho do amplificador (relação entre a amplitude do sinal de saída e a amplitude do sinal de entrada) e a frequência de operação. A faixa de passagem de um amplificador é, por definição, o intervalo de frequências compreendido entre os pontos de frequência de corte inferior (fL) e o de frequência de corte superior (fH): LH ffBW Pode-se provar que os pontos de frequência de corte (fH e fL) correspondem a uma redução de -3 dB do ganho de tensão em frequências médias (aquelas situadas dentro da faixa de passagem). Também são chamados de ponto de meia potência, porque correspondem a pontos onde a potência cai pela metade em relação ao seu valor em frequências médias. Para obter o gráfico da resposta em frequência de um amplificador, são usados normalmente papéis semi-logaritmicos. Na escala vertical, é colocado o ganho em DECIBEL, que em termos de tensão é dado por: Vi Vo log20)dB(AV O ponto onde um transistor está polarizado em sua reta de carga define a sua classe de operação. Um amplificador pode operar em cada uma das seguintes classes: classe A, classe B, classe AB, classe C ou classe D. Figura 18 – Resposta em frequência típica de um amplificador transistorizado. Ao L H f f |A| dB Ao – 3dB log f Objetivos Verificar a classe de operação de um amplificador Levantar a curva de resposta em frequência de um amplificador transistorizado. Determinar a faixa de passagem (BW) de um amplificador transistorizado Analisar a influência do capacitor de acoplamento na resposta em frequência de um amplificador. Apostila de Laboratório de Eletrônica II _______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 32/38 Parte Prática 1) Identificar o circuito da Figura 19 no módulo desta aula. 2) Verificar se o amplificador está operando em classe A (consulte a Internet se necessário). Para isso, medir as tensões quiescentes de coletor, base e emissor para o terra. VC = _______V VB = _______V VE = _______V Calcular: VBE = _______V Calcular: VCE = _______V 3) Aplicar na entrada (VS) um sinal senoidal de frequência 20kHz. Escolher a amplitude do sinal de tal maneira que o amplificador não sature. 4) Determinar o ganho de tensão e a relação de fase entre a saída e a entrada. A =________ θ=________ 5) Variar a frequência do sinal de entrada e verificar a variação do ganho e da fase. Preencher a tabela a seguir. Ao preencher a tabela, não esquecer de manter a tensão de entrada constante e o sinal de saída sem distorção. Frequência (Hz) 500 1k 2k 3k 4k 20k 50k 100k 150k 200k Ganho (V/V) Ganho (dB) Fase (graus) 6) Utilizando o Excel ou outro software traçar as curvas experimentais de Av(dB) x f(Hz) e x f(Hz). Utilizar uma escala adequada para que seja possível verificar com facilidade o ponto de –3dB. 7) Marcar sobre a curva os pontos de frequência de corte inferior e superior. fL = _______Hz fH = _______Hz 8) Verificar que a redução de -3dB corresponde a uma variação no ganho de tensão igual a: Avo707,0 2 Avo 9) Determinar a faixa de passagem do amplificador BW =(fH-fL)= __________ Hz 10) Conectar os dois capacitores da entrada em paralelo. R1 56kΩ R4 5,6kΩ R2 3,3kΩ R3 560Ω Q1 C3 0,47μF C4 47μF 15V C2 1μF VS C1 10nF Rs 1kΩ VC VB VE Figura 19 – Amplificador transistorizado. Apostila de Laboratório de Eletrônica II _______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 33/38 11) Fazer novo levantamento do ganho de tensão e fase. Preencher a tabela a seguir. Frequência (Hz) 500 1k 2k 3k 4k 20k 50k 100k 150k 200 Ganho (V/V) Ganho (dB) Fase (graus) 12) Utilizando o Excel ou outro software traçar as curvas experimentais de Av(dB) x f(Hz) e x f(Hz). Utilizar escala adequada para que seja possível verificar com facilidade o ponto de – 3dB. 13) Marcar sobre a curva os pontos de frequência de corte inferior e superior. f'L = ________Hz f'H = ________Hz 14) Comparar os valores do item 13 com os do item 7 e tirar conclusões. 15) Desligar e guardar todos os módulos e instrumentos. Questões 1) Mostrar que o ponto onde a potência cai pela metade corresponde a uma redução de 3dB no ganho de tensão. 2) Quais são os elementos reativos no circuito mostrado na Figura 19 responsáveis pelas frequências de polos e zeros em baixas e altas frequências? 3) Fazer uma descrição das principais características das seguintes classes de amplificação: classe A, classe B, classe AB, classe C e classe D. Indicar exemplos de aplicação da cada uma destas classes. Apostila de Laboratório de Eletrônica II _______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 34/38 Aula Prática Nº 09 - Realimentação Negativa Equipamentos Necessários: Módulo 04 Osciloscópio Gerador de Funções Multímetro Fonte de alimentação CC Conjunto de cabos de teste Parte Teórica A Figura 20 mostra o diagrama em blocos de um sistema realimentado. Tem-se uma realimentação negativa quando se subtrai o sinal da realimentação (Xf) do sinal de entrada (Xs), ou seja: fsi XXX Onde Xi é o sinal de erro. Um sistema com realimentação negativa age no sentido de minimizar o sinal de erro, ou seja, aproximar o sinal de saída (Xo) do sinal comandado pelo controlador. O valor do ganho é dado por: A1 A A f Se 1+A >>1 Af << A e teremos uma realimentação negativa. É importante observar que o ganho do amplificador com realimentação negativa é menor do que o ganho do amplificador sem realimentação. A realimentação negativa introduz melhorias no funcionamento do amplificador, tais como: Redução da distorção e do ruído. Aumento da faixa de passagem. Possibilidade de se alterar as impedâncias de entrada e saída. Ganho do sistema independente dos parâmetros dos componentes ativos, quando se tem A >>1 porque Af 1/. Topologias dos Amplificadores Realimentados A realimentação pode ser de quatro tipos, dependendo de como é feita a amostragem do sinal de saída e a sua comparação na entrada. Pode-se amostrar na saída um sinal de tensão (amostragem paralela) ou sinal de corrente (amostragem série). Pode-se comparar na entrada um sinal de corrente (comparação paralela) ou um sinal de tensão (comparação série). Com os amplificadores básicos, podemos sintetizar as quatro topologias básicas: a) Amplificador de Tensão: amostragem de tensão, comparação de tensão (Realimentação Tensão-Série ou Série-Paralela). Objetivos Analisar os efeitos da realimentação negativa sobre um amplificador transistorizado. Comprovar as vantagens da introdução da realimentação negativa. A Xs Xo Xf Xi Figura 20 – Diagrama em blocos de um sistema realimentado. Apostila de Laboratório de Eletrônica II _______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 35/38 b) Amplificador de Transresistência: amostragem de tensão, comparação de corrente (Realimentação Tensão-Paralelo ou Paralela-Paralela). c) Amplificador de Transcondutância: amostragem de corrente, comparação de tensão (Realimentação Corrente-Série ou Série-Série). d) Amplificador de Corrente: amostragem de corrente, comparação decorrente (Realimentação Corrente-Paralelo ou Paralela-Série). A Tabela 7 apresenta resumidamente a modificação observada nas resistências de entrada e de saída e nos ganhos de corrente e de tensão nas quatro topologias de amplificador realimentado. Tabela 7 – Modificação das resistências e ganhos de diferentes topologias de amplificador realimentado Amostragem Comparação Tipo de Realimentação Ri Ro AVf AIf Tensão Tensão Tensão-Série (Série-Paralela) NA Corrente Tensão Corrente-Série (Série-Série) NA Tensão Corrente Tensão-Paralelo (Paralela-Paralela) NA Corrente Corrente Corrente-Paralelo (Paralela-Série) NA AUMENTA DIMINUI NA - NÃO SE ALTERA Exemplo de um Circuito Amplificador com Realimentação Utilizaremos o circuito da Figura 21 para ilustrar e identificar um dos quatro tipos de topologia de amplificador realimentado. A Figura 22 representa o modelo híbrido simplificado do circuito da Figura 21. Observa-se através do resistor Re uma realimentação por amostragem de corrente e comparação de tensão (Realimentação Corrente-Série ou Série-Série). A análise deste circuito conduz aos resultados mostrados na Tabela 8. Tabela 8 - Realimentação Corrente-Série (Série-Série) Ganho de tensão sem realimentação (AV) -hfe.RL/hie Ganho de tensão aproximado com realimentação (AVf) -RL/Re Resistência de entrada sem realimentação Ri hie +Re Resistência de entrada com realimentação R’if [hie+Re(1+hfe)]//Rb Resistência de saída com realimentação R’of RL=Rc Vcc RS C2 Q1 NPN Re Rc=RL Rb C1 VS Figura 21 – Amplificador realimentado hfeib hie Rb RS VS Re Rc=RL R’if Rif R’of Rof Figura 22 – Modelo híbrido simplificado do amplificador realimentado. Apostila de Laboratório de Eletrônica II _______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 36/38 Parte Prática 1) Para o circuito mostrado na Figura 23, calcular o ganho de tensão do amplificador utilizando as fórmulas da Tabela 8. Dados: 150< hfe < 300 2k < hie < 4k Av = ________ 2) Atuar no potenciômetro de polarização de base de modo a se possibilitar a máxima excursão simétrica do sinal de saída. Explicar o valor de Vce. 3) Aplicar na entrada (VS) um sinal de tensão senoidal de 1kHz e monitorando a saída (Vo) com o canal 2 do osciloscópio ajuste a máxima amplitude possível de VS para que não haja distorção. 4) Medir o valor do sinal de saída VO. VO = _______V 5) Calcular ganho de tensão do amplificador e comparar com o valor calculado no item 1. Av = ________ 6) Calcular o valor do ganho de tensão e de VO nas frequências de corte. Av(corte) = __________ VO(corte) = _________V 7) Determinar a faixa de passagem do amplificador sem realimentação, através do levantamento da resposta em frequência AVdB x f(Hz). Preencher a tabela abaixo. Lembre-se de determinar, através de medições, as frequências exatas onde ocorrem os polos. f(Hz) 20 30 40 50 100 500 1k 10k 50k 100k 200k 300k 500k Av (V/V) Av(dB) Frequência do polo inferior:________Hz Frequência do polo superior:________Hz 8) Introduzir uma realimentação corrente série (Série-Série) adicionando o resistor Re=2,2k. Calcular o ganho de tensão com realimentação utilizando as fórmulas da Tabela 8. AVf = ___________ 9) Comparar o ganho com e sem realimentação e verificar se está dentro do esperado. VS 1MΩ +15V 1μF Q1 NPN 1μF 2,2kΩ 390kΩ Vo Figura 23 – Amplificador transistorizado da parte prática. Apostila de Laboratório de Eletrônica II _______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 37/38 10) Determinar a faixa de passagem do amplificador realimentado preenchendo a tabela a seguir. Para facilitar as leituras aplicar o máximo sinal na entrada para a saída sem distorção em 1kHz. Lembrar de determinar, através de medições, as frequências exatas onde ocorrem os polos. f(Hz) 20 30 40 50 100 500 1k 10k 50k 100k 200k 300k 500k Av (V/V) Av(dB) Frequência do polo inferior:________Hz Frequência do polo superior:________Hz 11) Preencher o quadro abaixo, utilizando os dados levantados nesta aula. Sem realimentação Com realimentação fL fL= fH fH= BW BW = 12) A modificação na faixa de passagem (BW), ao se introduzir Re está de acordo com o esperado? Justificar. 13) Calcular a resistência de entrada (Rif) do amplificador com realimentação e comparar com o valor da resistência de entrada sem realimentação (Ri). Rif = _________Ω Ri = _________ Ω 14) Medir a resistência Rif e comparar com o valor calculado. Use f = 1kHz. Utilizar o método da medição indireta através do potenciômetro P1: Ajustar o potenciômetro P1 em zero e aplicar o sinal na entrada do amplificador passando por ele. Monitore com o osciloscópio o sinal na saída do circuito amplificador. Atue no potenciômetro até que o sinal na saída do amplificador caia para metade do valor obtido com o potenciômetro em zero. Retirar o potenciômetro do circuito e ler seu valor. O valor obtido corresponderá à resistência de entrada. Porque? Rif = _______Ω 15) Calcular a resistência de saída do amplificador ( R'of ) com realimentação e comparar com o valor da resistência de saída ( R'o ) sem realimentação. R'of = _______Ω R'o = _______Ω 16) Medir o valor da resistência de saída com realimentação utilizando o método indireto através do potenciômetro P2. Inicialmente fazer a leitura do sinal de saída em circuito aberto. Ajustar o potenciômetro P2 em seu valor máximo e ligá-lo na saída do circuito. Realizar então procedimento idêntico ao utilizado para medir a resistência de entrada. R'of = _______Ω Apostila de Laboratório de Eletrônica II _______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 38/38 17) Verificar, atuando no potenciômetro de polarização de base, se há alteração no sinal de saída com a variação do ponto quiescente. Tirar conclusões. 18) Desligar e guardar todos os módulos e instrumentos. Questões 1) No amplificador realimentado estudado, se a localização do ponto de operação (Q) for alterada ou se o transistor for trocado, haverá alteração significativa do sinal de saída? Porque? 2) Introduzir uma carga de 1k na saída do circuito e analisar, teoricamente, o comportamento do novo circuito. 3) Traçar as curvas de resposta em frequência do amplificador sem realimentação e com realimentação. Determinar graficamente os pontos de –3dB, nos quais temos as frequências de corte inferior e superior.
Compartilhar