Relatório Eletrônica Analógica

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UNIVERSIDADE PITÁGORAS UNOPAR ANHANGUERA
ENGENHARIA ELÉTRICA
MARCO AURÉLIO GALHARDO
RELATÓRIO AULA PRÁTICA
ELETRÔNICA ANALÓGICA AVANÇADA
Cosmópolis/SP
2025
MARCO AURÉLIO GALHARDO
RELATÓRIO AULA PRÁTICA
ELETRÔNICA ANALÓGICA AVANÇADA
Relatório de Aula Prática apresentado a Universidade Pitágoras Unopar Anhanguera como requisito para obtenção de média para a disciplina de Eletrônica Analógica Avançada.
Cosmópolis/SP
2025
SUMÁRIO
1	INTRODUÇÃO	3
2	DESENVOLVIMENTO	4
2.1	ROTEIRO 1 – AMPLICADOR DE EMISSOR COMUM	4
2.2	ROTEIRO 2 – CIRCUITOS OSCILADORES	7
2.3	ROTEIRO 3 – MULTIVIBRADOR 555	9
2.4	ROTEIRO 4 – APLICAÇÕES DE FILTROS ATIVOS	12
CONSIDERAÇÕES FINAIS	15
REFERÊNCIAS	16
INTRODUÇÃO
O estudo da Eletrônica Analógica Avançada é de extrema relevância para a formação de engenheiros eletricistas, pois aborda a análise e o design de circuitos que desempenham um papel central em diversas aplicações tecnológicas. 
Neste Roteiro de Aula Prática, os alunos são conduzidos por um conjunto de atividades que visam aprofundar o conhecimento sobre amplificadores, osciladores, multivibradores e filtros ativos, utilizando softwares de simulação como LTspice e Tinkercad. 
Estas práticas foram estruturadas para oferecer uma compreensão sólida dos princípios teóricos, ao mesmo tempo em que proporcionam uma experiência prática que facilita a visualização e a análise do comportamento dos circuitos em condições variadas. A integração entre teoria e prática é fundamental para que os estudantes desenvolvam as habilidades necessárias para projetar e otimizar circuitos elétricos, preparando-os para os desafios do mercado de trabalho.
2 DESENVOLVIMENTO
2.1 ROTEIRO 1 – AMPLICADOR DE EMISSOR COMUM
A metodologia desta prática foi dividida em três etapas. Na primeira, a partir do software LTspice, foram determinadas as variáveis de corrente contínua do circuito amplificador emissor comum. Em seguida, foram definidos os parâmetros de pequenos sinais do TBJ (Transistor Bipolar de Junção). Por fim, os resultados da simulação foram comparados com os valores obtidos analiticamente. Abaixo, segue uma ilustração do circuito implementado.
Figura 1 – Amplificador emissor comum
Fonte: Autor.
Os resultados foram obtidos conforme a metodologia foi sendo executada. Inicialmente, os resultados dos parâmetros de corrente contínua do circuito foram apresentados após a implementação do circuito da figura 1. Abaixo, seguem os resultados das correntes e tensões contínuas do circuito.
Figura 2 – Correntes e tensões continuas do amplificador emissor comum
Fonte: Autor.
Por seguinte, foram determinados os parâmetros do modelo de pequenos sinais do TBJ levando em consideração .
De forma que o circuito modelo pequeno sinais foi obtido conforme a figura abaixo.
Figura 3 – Modelo pequenos sinais
Fonte: Autor.
Então, resultando nas seguintes tensões
Figura 4 – Tensões do modelo pequenos sinais
Fonte: Autor.
A partir da tesões obtidos foi determinado o ganho de tensão do amplificador emissor comum
Além disso, o ganho teórico é dado por
Através da simulação realizada no LTspice, foi possível determinar com precisão os parâmetros de pequenos sinais para o amplificador emissor comum, confirmando o comportamento teórico esperado. Os resultados obtidos demonstraram-se satisfatórios, evidenciando o ganho de tensão adequado, além das impedâncias de entrada e saída compatíveis com as previsões analíticas. A prática destacou a importância do estudo aprofundado sobre amplificadores em configuração emissor comum, uma vez que estes constituem a base para diversos circuitos amplificadores em sistemas eletrônicos. A compreensão detalhada desses parâmetros é crucial para o desenvolvimento de projetos que exigem amplificação precisa e eficiente de sinais. Assim, a simulação com o LTspice mostrou-se uma ferramenta valiosa, não apenas para validar conceitos teóricos, mas também para facilitar a visualização do impacto que diferentes variáveis podem ter no desempenho do circuito. Este estudo, portanto, reforça a relevância do conhecimento sobre amplificadores em projetos eletrônicos e o papel essencial das ferramentas de simulação na formação prática dos futuros engenheiros.
2.2 ROTEIRO 2 – CIRCUITOS OSCILADORES
Neste roteiro, apresentamos a simulação de um cristal piezoelétrico utilizando o software LTspice, uma ferramenta amplamente empregada para a análise de circuitos eletrônicos. O foco da simulação está na compreensão do comportamento de um ressonador de cristal de quartzo, dispositivo fundamental em diversas aplicações eletrônicas devido às suas propriedades de alta precisão e estabilidade em osciladores e filtros.
A prática se baseia nos princípios do efeito piezoelétrico, que permite que o cristal converta sinais elétricos em vibrações mecânicas, as quais são posteriormente retransmitidas ao sistema elétrico. Este efeito é central para a operação dos cristais de quartzo, pois está diretamente relacionado à sua capacidade de ressonar em frequências específicas, oferecendo uma elevada seletividade e um fator de qualidade extremamente alto. A simulação realizada visa explorar essas características, analisando o circuito equivalente de um ressonador de cristal e observando como diferentes parâmetros influenciam seu comportamento. A partir dessa análise, busca-se compreender melhor o papel do cristal piezoelétrico em circuitos osciladores e a importância de sua correta especificação para garantir o desempenho desejado.
A metodologia desta prática consistiu na implementação de um circuito equivalente a um cristal piezoelétrico a partir do software LTspice. Em seguida, foi gerada a resposta em frequência do circuito e verificada sua frequência de ressonância. Segue abaixo uma ilustração do circuito implementado.
Figura 5 – Circuito piezo elétrico
Fonte: Autor.
Primeiramente, foi determinada a frequência de ressonância analiticamente que é dada por:
Em seguida, foi determinada a resposta em frequência do circuito ilustrado na figura 1. Abaixo, segue o resultado da resposta em frequência do circuito.
Figura 6 – Resposta em frequência do circuito piezoelétrico
Fonte: Autor.
Conclui-se que a simulação do cristal piezoelétrico realizada no software LTspice apresentou resultados satisfatórios, demonstrando uma concordância significativa com a teoria sobre o funcionamento dos ressonadores de cristal de quartzo. A análise dos circuitos permitiu verificar como o cristal se comporta em diferentes modos de ressonância e a influência de suas propriedades, como o fator de qualidade, no desempenho geral do circuito.
Os resultados evidenciam a importância do estudo de cristais piezoelétricos, especialmente no contexto da eletrônica, onde esses componentes desempenham um papel crucial no desenvolvimento de osciladores e filtros de alta precisão. Compreender o comportamento desses cristais e ser capaz de simular suas características é essencial para o projeto de circuitos confiáveis e eficientes. Desta forma, o estudo realizado contribui para uma compreensão mais profunda dos desafios e técnicas relacionados ao uso de cristais de quartzo, fornecendo uma base sólida para futuros projetos e aplicações em eletrônica.
2.3 ROTEIRO 3 – MULTIVIBRADOR 555
Neste roteiro, será descrita a simulação de um circuito multivibrador astável utilizando o temporizador 555 no software Tinkercad, uma plataforma conhecida por sua versatilidade e acessibilidade para a prototipagem de circuitos eletrônicos. O multivibrador astável é uma configuração básica, mas fundamental, do temporizador 555, amplamente utilizado em diversas aplicações como geradores de pulso, osciladores e temporizadores.
A prática realizada no Tinkercad tem como objetivo explorar o comportamento do circuito multivibrador, observando a geração de ondas quadradas e a variação de frequência e duty cycle em função dos componentes escolhidos. A simulação proporcionará uma compreensão práticadas funções internas do temporizador 555 e sua aplicação em projetos de eletrônica. Este estudo é essencial para solidificar conceitos teóricos e desenvolver habilidades em simulação de circuitos, preparando o terreno para o desenvolvimento de projetos mais complexos no futuro.
A metodologia desta prática consistiu na implementação de um circuito multivibrador astável a partir da plataforma de simulações TinkerCad. Em seguida, foi verificado o sinal de saída do circuito a partir de um led e um osciloscópio virtual. Segue abaixo uma ilustração do circuito implementado.
Figura 7 – Circuito multivibrador astável
Fonte: Autor.
Primeiramente, foram determinados os tempos em que o sinal estará alto e baixo dados por
Assim, o período e a frequência são dados por
Em seguida, foi visualizada a resposta da saída do circuito a partir de um osciloscópio. Segue a abaixo o resultado.
Figura 8 – Resposta do multivibrador
Fonte: Autor.
Conclui-se que a simulação do circuito multivibrador astável utilizando o temporizador 555 no software Tinkercad produziu resultados satisfatórios e alinhados com os conceitos teóricos previamente estudados. A simulação permitiu observar, de forma clara, a geração de ondas quadradas, bem como a influência dos componentes selecionados na frequência e no duty cycle do circuito.
Esses resultados destacam a importância do estudo e da compreensão do temporizador 555, um dos componentes mais versáteis e amplamente utilizados na eletrônica. A prática realizada reforça a relevância desse circuito em aplicações práticas, desde geradores de pulso até osciladores. Além disso, a utilização do Tinkercad como ferramenta de simulação demonstrou ser eficaz para a prototipagem e análise de circuitos, permitindo aos estudantes e profissionais explorar e experimentar configurações de forma interativa e sem a necessidade de hardware físico. Este estudo contribui significativamente para a consolidação de conhecimentos fundamentais em eletrônica, preparando os envolvidos para projetos mais avançados e aplicações práticas no campo.
2.4 ROTEIRO 4 – APLICAÇÕES DE FILTROS ATIVOS
Neste relatório, será apresentada a simulação de um filtro ativo passa-baixas utilizando o software LTspice, uma ferramenta poderosa para a análise e simulação de circuitos eletrônicos. O filtro passa-baixas é um circuito fundamental no processamento de sinais, sendo utilizado para permitir a passagem de frequências abaixo de um determinado ponto de corte enquanto atenua as frequências mais altas.
A prática realizada visa explorar o comportamento do filtro ativo, especificamente como os componentes escolhidos, como resistores e capacitores, influenciam a frequência de corte e a resposta em frequência do circuito. A simulação proporcionará uma análise detalhada das características de amplitude e fase, permitindo uma compreensão profunda dos princípios que regem o funcionamento dos filtros ativos.
Este estudo é essencial para aqueles que buscam entender e projetar circuitos que envolvem o processamento de sinais, oferecendo uma base sólida para a aplicação de filtros em projetos de eletrônica, telecomunicações, e sistemas de controle. Além disso, o uso do LTspice como ferramenta de simulação facilita a visualização dos efeitos das variações dos parâmetros, tornando a prática um importante complemento ao estudo teórico.
A metodologia desta prática consistiu na implementação de um circuito filtro ativo passa baixas a partir da plataforma de simulações LTspice. Em seguida, foi verificada a resposta em frequência do circuito. Segue abaixo uma ilustração do circuito implementado.
Figura 9 – Circuito filtro ativo passa baixas
Fonte: Autor.
Primeiramente, foram determinados o ganho em baixa frequência e a frequência de corte dados por
Em seguida, foi visualizada a resposta em frequência do circuito. Segue a abaixo o resultado do qual a linha continua representa a resposta de magnitude e a linha pontilhada a resposta da fase.
Figura 10 – Resposta do filtro ativo passa baixas
Fonte: Autor.
Conclui-se que a simulação do filtro ativo passa-baixas utilizando o software LTspice produziu resultados satisfatórios e coerentes com os princípios teóricos estudados. A simulação permitiu analisar com precisão a resposta em frequência do circuito, demonstrando como os componentes, especialmente resistores e capacitores, determinam a frequência de corte e influenciam a atenuação das frequências indesejadas.
Esses resultados ressaltam a importância do estudo de filtros ativos passa-baixas, que são fundamentais em diversas aplicações de processamento de sinais, desde sistemas de áudio até telecomunicações. Compreender o funcionamento e a capacidade de projetar esses filtros é crucial para qualquer profissional da área de eletrônica, permitindo o desenvolvimento de circuitos que controlam com precisão as frequências de sinal que devem ser mantidas ou eliminadas.
Além disso, a utilização do LTspice como ferramenta de simulação mostrou-se extremamente eficaz para a análise de circuitos, oferecendo uma plataforma que possibilita a visualização clara dos efeitos das variações dos componentes e dos parâmetros do circuito. Esse estudo contribui para o aprofundamento do conhecimento em eletrônica e fornece uma base sólida para o desenvolvimento de projetos mais complexos no futuro.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
A realização das práticas descritas neste roteiro de aula prática de Eletrônica Analógica Avançada permitiu aos alunos um contato direto com conceitos fundamentais da eletrônica, como amplificadores, osciladores, multivibradores e filtros ativos. Cada roteiro proporcionou uma oportunidade única de aplicar a teoria na prática, utilizando softwares de simulação como LTspice e Tinkercad, que se mostraram ferramentas eficazes para validar os conceitos estudados e observar o comportamento dos circuitos em diferentes condições.
Os resultados obtidos durante as simulações demonstraram uma forte correlação com as previsões teóricas, confirmando a importância do estudo detalhado dos parâmetros envolvidos e da correta especificação dos componentes utilizados nos circuitos. A capacidade de simular, analisar e interpretar esses resultados é essencial para o desenvolvimento de competências práticas que são cruciais na formação de engenheiros eletrônicos. Ademais, a experiência adquirida com o uso das ferramentas de simulação reforça a importância do aprendizado contínuo e da familiarização com as tecnologias e metodologias que estão em constante evolução no campo da eletrônica. Este estudo, portanto, não só consolidou os conhecimentos teóricos, mas também preparou os alunos para enfrentar desafios reais em projetos futuros, proporcionando uma base sólida para a atuação profissional no desenvolvimento e otimização de sistemas eletrônicos complexos.
REFERÊNCIAS
SEDRA, Adel S.; SMITH, Kenneth C. Microeletrônica. 6. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2016.
SOUZA, Vitor Amadeu. Amplificadores Operacionais. Clube de Autores, 2013.
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