Atividade Prática - Eletrônica Analógica - c

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Atividade Prática
 OBJETIVO 
Entender o funcionamento dos circuitos não lineares utilizando diodos. Trabalhar com retificadores de meia onda e de onda completa. Montar circuitos básicos com amplificadores operacionais.
 
PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS 
EXPERIÊNCIA 1: Retificador de meia onda 
Separe os seguintes materiais 
Protoboard 
Transformador. 
Osciloscópio 
1 Diodo 1N400X (1N4004, 1N4007 ou similar) 
1 Resistor de 10 kΩ 
Foto do circuito montado no protoboard ou uma imagem da tela do simulador com o circuito montado. 
Figura 1: Representação do circuito.
	
	
Figura 2: Foto do circuito
Foto da imagem da tela do osciloscópio, mostrando os sinais de entrada e saída. 
	
	
Figura 3: Foto do osciloscópi0
Medição dos sinais de entrada e saída de um retificador de meia onda, na Tabela 1. 
Tabela 1: Sinais de entrada e saída de um retificador de meia onda.
	Parâmetro
	υi
	υ0
	Tensão pico a pico [V]
	43,2 V
	20.6
	Frequência [Hz]
	60,0 Hz
	60,0 Hz
a) Explique o princípio de funcionamento do circuito 
A função do retificador de meia onda é cortar a parte negativa do sinal de entrada. No caso do sinal senoidal, ele corta o semiciclo negativo. A Figura 3 mostra um circuito retificador de meia onda, mostra a tensão de entrada (secundário do transformador – essa tensão está em verde, na figura) e a tensão de saída (em azul). Podemos observar que, no sinal de saída, o semiciclo negativo foi cortado.
Conforme, observando no osciloscópio, notamos que ele deixa passar o semiciclo positivo e corta o semiciclo negativo, e representados na tabelas, o gráfico e as imagens do experimento.
b) Justifique a forma de onda de saída. 
A forma de onda é caracterizada por ter o formato do semiciclo positivo (quando o diodo conduz) e um valor zero durante o tempo correspondente ao semiciclo negativo (quando o diodo bloqueia).
No semiciclo negativo, o diodo está aberto, suportando toda a tensão do secundário do transformador. Essa tensão é chamada de tensão de pico inverso, e é muito importante verificar na folha de dados do dispositivo qual é a máxima tensão que o diodo aguenta, na polarização reversa. Se a tensão do circuito é maior do que a indicada pelo fabricante, o diodo romperá por avalanche, queimando.
 Curva de transferência 
Na tela com os sinais de entrada e saída faça várias medições e preencha a Tabela 2 
 Tabela 2: Curva de transferência de um retificador de meia onda.
	υi
	υ0
	-22,2
	0
	-20,2
	0
	-18,2
	0
	-16,2
	0
	-14,2
	0
	-12,2
	0
	-10,2
	0
	-8,2
	0
	-6,2
	0
	-4,2
	0
	-2,2
	0
	0
	0
	2,2
	2,2
	4,2
	4,2
	6,2
	6,2
	8,2
	8,2
	10,2
	10,2
	12,2
	12,2
	14,2
	14,2
	16,2
	16,2
	18,2
	18,2
	20,2
	20,2
	23,1
	22,2
Por meio dos sinais de entrada e saída apresentados na Tabela 2 faça o gráfico da curva de transferência do circuito. 
Gráfico 1: Retificador meia onda.
EXPERIÊNCIA 2: Retificador de onda completa
Monte o circuito seguindo as indicações do roteiro. 
Protoboard 
Transformador. 
Osciloscópio 
2 Diodo 1N400X (1N4004, 1N4007 ou similar) 
1 Resistor de 10 kΩ 
Circuito montado no protoboard. 
Figura 4: Representação do circuito.
	
	
Figura 5: Circuito montado no protoboard. 
Imagem da tela do osciloscópio mostrando os sinais de entrada e saída. 
	
	
Figura 6: osciloscópio mostrando os sinais de entrada e saída
Tabela 3: Sinais de entrada e saída de um retificador de onda completa.
	Parâmetro
	υi
	υ0
	Tensão pico a pico [V]
	20,6 V
	43,2 V
	Frequência [Hz]
	60,0 Hz
	120,0 Hz
a) Explique o princípio de funcionamento do circuito 
Devido à polaridade da tensão, no semiciclo positivo a corrente (verde) circula favorecendo a polarização direta do diodo D1, fechando-o. Parte da corrente se desvia para o diodo D2, mas, como ela está no sentido do traço (e não da flecha) do diodo, o diodo abre, impedindo o passo da corrente. Dessa forma, toda a corrente será desviada para a carga, voltando, por meio dela, para o transformador. No semiciclo negativo, a corrente (verde) circula, favorecendo a polarização direta do diodo D2, fechando-o. Parte da corrente se desvia para o diodo D1, mas, como ela está no sentido do traço (e não da flecha) do diodo, o diodo abre, impedindo o passo da corrente. Dessa forma, toda a corrente será desviada para a carga, voltando, por meio dela, para o transformador. Assim sendo, como a corrente está entrando sempre no mesmo ponto (ponto vermelho) da carga, a tensão de saída 𝑣𝑜 será sempre positiva.
b) Justifique a forma de onda de saída. 
A forma de onda é caracterizada por ter o formato do semiciclo positivo, o qual dobra os picos em relação à entrada, isto é a frequência é o dobro da entrada
Curva de transferência 
 Tabela 3: Curva de transferência de um retificador onda completa.
	υi
	υ0
	-22,2
	22,2
	-20,2
	20,2
	-18,2
	18,2
	-16,2
	16,2
	-14,2
	14,2
	-12,2
	12,2
	-10,2
	10,2
	-8,2
	8,2
	-6,2
	6,2
	-4,2
	4,2
	-2,2
	2,2
	0
	0
	2,2
	2,2
	4,2
	4,2
	6,2
	6,2
	8,2
	8,2
	10,2
	10,2
	12,2
	12,2
	14,2
	14,2
	16,2
	16,2
	18,2
	18,2
	20,2
	20,2
	23,1
	22,2
A partir dos sinais de entrada e saída apresentados na Tabela 4 faça o gráfico da curva de transferência do circuito. 
Gráfico 1: Retificador meia onda.
EXPERIÊNCIA 3: Amplificador Operacional
Os amplificadores apresentados na Figura serão testados por separado. O amplificador operacional deverá ser alimentado com 𝑉𝐶𝐶=12𝑉 e −𝑉𝐸𝐸=−12𝑉. 
	(a) 
	(b) 
Figura 7: (a) Amplificador inversor. (b) Amplificador não inversor.
Para o amplificador inversor (Figura 7(a)), calcular 𝑅1 e 𝑅2 de tal forma que o circuito tenha um ganho de tensão 𝐴𝑉=−2. 
a) Amplificador inversor (Figura 7(a))
Ganho de tensão: .
Tomando ⇒
Para o amplificador não inversor (Figura 7(b)), calcular 𝑅1 e 𝑅2 de tal forma que o circuito tenha um ganho de tensão 𝐴𝑉=4. 
Ganho de tensão: .
Logo . Com ⇒
Valor comercial mais próximo: 3.0 kΩ.
Separe os seguintes materiais: 
Protoboard 
Gerador de funções 
Osciloscópio 
2 Fontes de alimentação 
1 Amplificador operacional UA741 (pode ter outro nome como LM741, o que importa é o número 741) 
Resistores calculados no projeto 
Montagem do circuito 
	
	
Figura 8: Amplificador inversor – montagem do circuito e colocação das pontas do osciloscópio
	
	
Figura 9: Amplificador não inversor – montagem do circuito e colocação das pontas do osciloscópio
 
	
	
	Amplificador inversor
	Amplificador não inversor
Figura 10: imagem da tela do osciloscópio
Para os dois amplificadores
i. (Varie o formato e forma de onda e frequência do sinal de entrada e verifique o sinal de saída. A resposta do sistema é linear? Por quê? Pesquise. 
Região linear: Com sinais pequenos e dentro das restrições do amplificador (faixa de tensão de entrada comum, sem saturação na saída e sem limite), o circuito em malha fechada comporta-se linearmente: (proporcionalidade e, no caso do inversor, inversão de fase).
Imperfeições reais: ganho aberto finito, tensão de offset, correntes de polarização, ruído, tolerância dos resistores — tudo isso dá pequenas não-linearidades ou erro.
Dessa forma, para sinais modestos em amplitude e faixa de frequência dentro da banda do circuito, o comportamento será essencialmente linear; fora disso, não.
ii. Pesquise na teoria. O que acontece com o sinal de saída se o sinal de entrada é grande? Por quê? 
Saturação/clipping: se exigir maior que a máxima tensão de saída possível (próxima, mas menor que +12 V e maior que −12 V no seu caso), o op-amp satura e a saída fica “travada” no limite — resultado: clip (achatamento das cristas).
Perda de linearidade: mesmo antes da saturação, se a velocidade da variação for muito grande, o op-amp não acompanha e a forma de onda fica distorcida (pendente limitada).
Problemas de entrada: se a amplitude for grande ao ponto de empurrar as tensões de entrada fora da faixa comum, o amplificador pode comportar-se incorretamente.
Em resumo: sinais “grandes” provocam saturação, distorção e perda de linearidade.
iii. Usando os valores de pico a pico dossinais de entrada e saída calcule o ganho de tensão 𝐴𝑉=𝑣𝑜/𝑣𝑖 e preencha a Tabela 5. 
Tabela 5: Ganho de tensão de amplificadores na configuração de inversor e não inversor
	INVERSOR
	NÃO INVERSOR
	𝑨𝑽 calculado
	𝑨𝑽 medido 
	𝑨𝑽 calculado
	𝑨𝑽 medido 
	-2
	-1,15
	4
	4,2
iv. Compare o ganho medido com o ganho calculado e explique o resultado. Pode ser ligeiramente diferente, explique por quê. 
Possíveis causas de discrepância (mesmo que pequena):
· Tolerância dos resistores (1 %, 5 % etc.) — altera razão .
· Ganho aberto finito do op-amp — em malha fechada o ganho ideal só é aproximado; erro é vezes algo.
· Offset de entrada e correntes de polarização — especialmente em ganhos altos ou sinais DC/baixa freq.
· Limites de saída (saturação próxima às rails) — reduzem amplitude máxima disponível.
· Resposta em frequência (GBW) — para frequências próximas ao limite, ganho cai.
· Ruídos — para sinais grandes/rápidos a amplitude útil diminui/distorce.
· Carga na saída — se conectar carga pesada (baixa resistência) o ganho efetivo pode mudar.
· Temperatura e características individuais do CI.
-22.2	-20.2	-18.2	-16.2	-14.2	-12.2	-10.199999999999999	-8.1999999999999993	-6.2	-4.2	-2.2000000000000002	0	2.2000000000000002	4.2	6.2	8.1999999999999993	10.199999999999999	12.2	14.2	16.2	18.2	20.2	22.9	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	2.2000000000000002	4.2	6.2	8.1999999999999993	10.199999999999999	12.2	14.2	16.2	18.2	20.2	22.2	Vi
Vo
-22.2	-20.2	-18.2	-16.2	-14.2	-12.2	-10.199999999999999	-8.1999999999999993	-6.2	-4.2	-2.2000000000000002	0	2.2000000000000002	4.2	6.2	8.1999999999999993	10.199999999999999	12.2	14.2	16.2	18.2	20.2	22.9	22.2	20.2	18.2	16.2	14.2	12.2	10.199999999999999	8.1999999999999993	6.2	4.2	2.2000000000000002	0	2.2000000000000002	4.2	6.2	8.1999999999999993	10.199999999999999	12.2	14.2	16.2	18.	2	20.2	22.2	Vi
Vo
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