ATIVIDADE PRÁTICA - instrumentação eletronica exp 2

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CENTRO UNIVERSITÁRIO INTERNACIONAL UNINTER 
ESCOLA SUPERIOR POLITÉCNICA 
BACHARELADO EM ENGENHARIA ELETRICA 
DISCIPLINA DE INSTRUMENTAÇÃO ELETRONICA 
 
 
 
 
 
 
 
ATIVIDADE PRÁTICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
ALUNO: GERALDO NARCISO PORTO – RU: 2576484 
 PROF. MA. VIVIANA RAQUEL ZURRO 
 PROF. DR. FELIPE NEVES SOUZA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ARARAS – SP 
2022 
 
Experimento 02 – Filtros Ativos 
 
1. OBJETIVO 
 
Essa atividade tem como intuito colocar em prática os conceitos filtros ativos Butter-
worth de segunda ordem com amplificadores operacionais (Amp Op), abordados na 
disciplina de Instrumentação Eletrônica. Além de aprender a realizar caracterização 
elétrica de circuitos utilizando instrumentos de medição. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.INTRODUÇÃO 
 
Um filtro é um dispositivo projetado para rejeitar ou atenuar determinadas frequências 
e deixar passar outras. Pode ser um dispositivo passivo composto por capacitores, 
resistores e indutores; ou ativo composto por capacitores, resistores e amplificadores 
realimentados (amplificadores operacionais). De acordo com a resposta em frequên-
cia eles se classificam em: 
 
• Passa baixas. 
• Passa altas. 
• Passa faixa. 
• Rejeita faixa. 
 
4. PROJETO DE UM FILTRO PASSA ALTAS 
 
Dado o circuito da figura 1, projete o filtro ativo passa altas (FPA) Butterworth de se-
gunda ordem com amplificadores operacionais. Sendo o ganho (AV) dado por: 
 
 
Figura 1: Filtro Passa Altas Butterworth de segunda ordem. Neste esquema, os ter-
minais de alimentação do circuito não são mostrados. Para determinar a frequência 
de corte do filtro (fL neste caso) pegar o último número do RU do aluno e multiplicar 
por 100. Se for zero, escolher o penúltimo número e assim por diante. Exemplo: 
RU: 45068531 
 
 
 
 
RU:2576484 ultimo numero = 4 
 
fL = 4 x 100 = 400 Hz 
 
 
 
 
O resistor R e o capacitor C vão determinar a frequência de corte. Eles têm que ser 
exatamente iguais (os dois R e os dois C) para colocar os dois polos na mesma fre-
quência (ordem 2). Escolha o capacitor C entre 47 e 100nF e calcule o resistor em 
função do capacitor escolhido. Para o resistor calculado adotar o resistor de valor co-
mercial mais próximo, exemplo: se o resistor calculado foi de 3kΩ, adotar 2,7kΩ ou 
3,3kΩ (não tem problema em adotar um ou o outro). Recalcule a frequência de corte 
agora com os valores comerciais dos resistores adotados e verifique este valor na 
Tabela 
Todos os terras (ou GND) do circuitos deverão estar conectados entre si, fazendo com 
que não tendo nenhuma diferença de potencial ou corrente de fuga entre eles. O ponto 
central da bateria (terra) deverá estar conectado ao terra do gerador de funções e 
assim, neste ponto será conectado a ponta de prova do terra do osciloscópio (conector 
do tipo jacaré). 
 
 
O valor C vou utilizar o capacitor 68 nF 
 
O valor R será: 
 
R = 1 /2pi x 400 Hz x 68 x 10^ -9 = 5,85 kΩ 
 
Valor comercial = R = 5,6 kΩ 
 
 
 
Adotaremos então para esse experimento : 
 
O valor de C (capacitor) será 68 nf 
 
O valor de R (resistor) será 5,6 kΩ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Foto do circuito montado: 
 
 
 
 
 
Foto osciloscópio com Frequencia de 5000 Hz 
 
 
 
 
Foto osciloscópio com Frequencia de 7500 Hz 
 
 
 
 
Foto osciloscópio com Frequencia de 12000 Hz 
 
 
 
5. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
 
1. Utilize o LM358 para a montagem do circuito, caso não tenha este CI, substitua pelo 
LM741. Observe que os dois CIs possuem terminais diferentes. 
 
2. Verifique os terminais do circuito integrado (CI) e monte o circuito da Figura 1. 
Certifique-se que a (ou as) fonte de alimentação e o terminal terra estão nos pinos 
corretos. 
 
3. Ligue as baterias. 
 
4. Ajuste o Gerador de Funções para fornecer um sinal senoidal de 1V de tensão de 
pico a pico (aproximado), com uma frequência variável. 
 
5. Coloque este sinal na entrada do amplificador como mostra a Figura 1 e verifique 
no osciloscópio os sinais de entrada e saída. Canal 1 sinal de entrada e Canal 2 sinal 
de saída. 
 
a. A ponta de prova do Canal 1 do osciloscópio deverá ser colocada como indica o 
conector amarelo e a ponta de prova do Canal 2 como indica o conector azul. Os 
terminais terra das duas pontas deverão ser colocados no terra do circuito. 
 
b. Para uma frequência do sinal de entrada 5 kHz, mostre num gráfico os sinais de 
entrada e saída. De preferência coloque um print da tela do osciloscópio. Os sinais 
deverão ficar parecidos com os mostrados na Figura 2. 
 
 
 
 
c. Usando os valores de pico a pico dos sinais de entrada e saída, varie a frequência 
e calcule o ganho de tensão 𝐴𝑉 = 𝑣𝑜 para cada frequência e preencha a Tabela 1 
 𝑣𝑖 
 
i. Começe as medições numa frequência 10 vezes menor que fL calculada. 
 
ii. Tire 3 ou 4 medições até uma frequência ligeiramente menor que fL calculada. 
 
iii. Concentre as medições ao redor de fL. 
 
iv. A partir de uma frequência 20% superior a fL tire mais 4 ou 5 
medições até uma frequência de 20kHz. 
 
 
Tabela 1: Resposta em frequência do FPA. 
 
f(Hz) Vi(V) Vo(V) Av=Vo/Vi
50 2,28 1,14 0,50
75 2,28 2,02 0,88
100 2,28 2,93 1,28
125 2,28 3,31 1,45
150 2,28 3,54 1,55
200 2,28 3,84 1,68
300 2,28 4,10 1,79
400 2,28 4,26 1,86
420 2,28 4,40 1,92
500 2,28 4,79 2,10
1000 2,28 5,38 2,35
5000 2,70 6,92 2,56
20000 2,70 6,81 2,51
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6. Identifique a frequência de corte considerando que nessa frequência o valo da am-
plitude (ganho) é 70% da amplitude máxima. 
 
7. Monte um gráfico de AV em função da frequência e verifique a resposta do amplifi-
cador. Identifique a banda passante do amplificador. O eixo da frequência deverá estar 
em escala logarítmica. O gráfico deverá ficar parecido com o mostrado na Figura 3. 
 
 
 
 
 
 
Representação do gráfico de AV em função da frequencia 
 
 
 
 
 
6. PROJETO DE UM FILTRO PASSA BAIXAS 
 
Dado o circuito da figura 1, projete o filtro ativo passa baixas (FPB) Butterworth 
de segunda ordem com amplificadores operacionais. Sendo o ganho (AV) dado por: 
 
 
 
 
Para determinar a frequência de corte do filtro (fH neste caso) pegar o último 
número do RU do aluno e multiplicar por 2000. Se for zero, escolher o penúltimo 
número e assim por diante. Exemplo: 
RU: 45068531 
 
 
 
 
RU:2576484 ultimo numero = 4 
 
fL = 4 x 2000 = 8000 Hz 
 
 
 
 
 
 
 
O resistor R e o capacitor C vão determinar a frequência de corte. Eles têm que ser 
exatamente iguais (os dois R e os dois C) para colocar os dois polos na mesma fre-
quência (ordem 2). Escolha o capacitor C entre 10 e 33nF e calcule o resistor em 
função do capacitor escolhido. Para o resistor calculado adotar o resistor de valor co-
mercial mais próximo, exemplo: se o resistor calculado foi de 3kΩ, adotar 2,7kΩ ou 
3,3kΩ (não tem problema em adotar um ou o outro). Recalcule a frequência de corte 
agora com os valores comerciais dos resistores adotados e verifique este valor na 
Tabela1. 
 
Todos os terras (ou GND) do circuitos deverão estar conectados entre si, fazendo com 
que não tendo nenhuma diferença de potencial ou corrente de fuga entre eles. O ponto 
central da bateria (terra) deverá estar conectado ao terra do gerador de funções e 
assim, neste ponto será conectado a ponta de prova do terra do osciloscópio (conector 
do tipo jacaré). 
 
O valor C vou utilizar o capacitor 22 nF 
 
O valor R será: 
 
R = 1 /2pi x 8000 Hz x 22 x 10^ -9 = 904,28 Ω 
 
Valor comercial = R = 910 Ω 
 
 
 
Adotaremos então para esse experimento : 
 
O valor de C (capacitor) será 22 nf 
 
O valor de R (resistor) será 910Ω 
 
 
7. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
 
1. Ajuste o Gerador de sinais para fornecer um sinal senoidal de 1V de tensão de pico 
a pico (aproximado),com uma frequência variável. 
 
2. Coloque este sinal na entrada do amplificador como mostra a Figura 1 e verifique 
no osciloscópio os sinais de entrada e saída. Canal 1 sinal de entrada e Canal 2 sinal 
de saída. 
 
a. A ponta de prova do Canal 1 do osciloscópio deverá ser colocada como indica o 
conector amarelo e a ponta de prova do Canal 2 como indica o conector azul. Os 
terminais terra das duas pontas deverão ser colocados no terra do circuito. 
 
b. Para uma frequência do sinal de entrada igual à metade de fH, mostre num gráfico 
os sinais de entrada e saída. De preferência coloque um print da tela do osciloscópio. 
Os sinais deverão ficar parecidos com os mostrados na Figura 2. 
 
c. Usando os valores de pico a pico dos sinais de entrada e saída, varie a 
frequência e calcule o ganho de tensão 𝐴𝑉 = 𝑣𝑜 para cada frequência e preencha a 
Tabela 1. 𝑣𝑖 
 
i. Começe as medições em 100 Hz. 
 
ii. Faça umas 3 ou 4 medições até uma frequência 20% inferior a fH. 
 
iii. Concentre as medições ao redor de fH. 
 
iv. A partir de fH faça 2 ou 3 medições até uma frequência igual ao dobro de fH. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tabela 1: Resposta em frequência do FPB. 
 
 
f(Hz) Vi(V) Vo(V) Av=Vo/Vi
100 1 2,21 2,21
500 1 2,23 2,23
1000 1 2,23 2,23
1500 1 2,27 2,27
2000 1 2,33 2,33
2500 1 2,46 2,46
3000 1 2,50 2,50
4000 1 2,55 2,55
5000 1 2,75 2,75
5500 1 2,95 2,95
6000 1 3,13 3,13
7000 1 2,89 2,89
7500 1 2,7 2,7
8000 1 2,60 2,60
10000 1 1,86 1,86
12000 11 0,44 0,04
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3. Identifique a frequência de corte considerando que nessa frequência o valor 
da amplitude (ganho) é 70% da amplitude máxima. 
 
4. Monte um gráfico de AV em função da frequência e verifique a resposta do amplifi-
cador. Identifique a banda passante do amplificador. O eixo da frequência deverá estar 
em escala logarítmica. O gráfico deverá ficar parecido com o mostrado na Figura 3. 
 
 
 
Representação do gráfico de AV em função da frequência 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Conclusão: 
 
Com a realização dos experimentos com circuitos amplificadores de filtros de sinais 
foi possível verificar melhor o funcionamento do mesmo, teve resultados que em com-
paração aos cálculos executados, tivemos alguma diferença sim, mas que isso é nor-
mal diante que pode haver algum ruído ou outra coisa que poderia variar o sinal, nada 
além do normal. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Referencias: 
 
https://univirtus.uninter.com/ava/web/#/ava/roteiro-de-estudo/