ATENUADOR RESISTIVO 1

Prévia do material em texto

ALÉCIO A. LEITE R.A. 139148 
JEAN R. DO AMARAL R.A. 121641 
JOHNNY M. MARQUES R.A. 122928 
 
 
 
RELATÓRIO DE ATIVIDADE DE LABORATÓRIO 
“QUADRIPOLO ATENUADOR RESISTIVO” 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAMPO GRANDE/MS 
NOVEMBRO DE 2010
UNIVERSIDADE ANHANGUERA - UNIDERP 
Engenharia Elétrica 
Princípios Da Comunicação 
N-602 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO DE ATIVIDADE DE LABORATÓRIO 
“QUADRIPOLO ATENUADOR RESISTIVO” 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAMPO GRANDE/MS 
 NOVEMBRO DE 2010 
Relatório de ensaios e cálculos realizados 
em laboratório com o propósito de se 
determinar as características de um sistema 
casador de impedância puramente 
resistivo. 
E ainda, requisito para a avaliação parcial 
da disciplina de Princípios da 
Comunicação, lecionada pelo Prof. Irineu 
Cássio Gudin 
 
UNIVERSIDADE ANHANGUERA - UNIDERP 
Engenharia Elétrica 
Princípios Da Comunicação 
N-602 
 
 
3 
ÍNDICE 
 
Lista de Figuras 4 
Lista de Tabelas 5 
1. Introdução 6 
 1.1. Quadripolos 6 
 1.2. Atenuadores 7 
2. Objetivo 9 
3. Método Experimental 10 
 3.1. Material 10 
 3.2. Procedimento Experimental 10 
4. Resultado dos Ensaios 11 
4.1.Impedância Imagem de Entrada (Za, Zc). 11 
4.2.Impedância Imagem de Saída (Za’, Zc’). 11 
4.3.Ensaio de Zie e Zis para circuito com seção “L”. 12 
5. Memória de Cálculos 13 
6. Análise Descritiva 19 
7. Conclusão 20 
Anexos 21 
Bibliografia 22 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 
LISTA DE FIGURAS 
 
Fig. 01 - Representação de um Quadripolo. 6 
Fig. 02 - Circuito Atenuador Seção “T” com adaptação em Seção “L”. 9 
Fig. 03 – Impedância Imagem de entrada. 11 
Fig. 04 – Impedância Imagem de saída. 11 
Fig. 05 – Seção “L”. 12 
Fig. 06 - Quadripolo resistivo seção “T” 13 
Fig. 07 - Quadripolo resistivo seção “L”. 13 
Fig. 08 - Circuito com dois quadripolos (Seção “L” e Seção “T”). 14 
Fig. 09 - Obtenção das resistências equivalentes. 15 
Fig. 10 Obtenção da resistência equivalente total circuito fechado. 16 
Fig. 11 Fluxo da corrente elétrica convencional no circuito. 17 
Fig. 12 Circuito com dois quadripolos (Seção “L” e Seção “T”). 19 
Fig. 13. Protótipo do circuito atenuador. 21 
Fig. 14. Multímetro para à medição da impedância total alcançada. 21 
Fig. 15. Gerador de função ajustado para 8Vpp e 1KHz. 21 
Fig. 16. Década Resistiva. 21 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5 
LISTA DE TABELAS 
 
Tab. 01 - Desvio CALCULADO X MEDIDO. 19 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6 
1. INTRODUÇÃO 
 
Atenuação é uma função quase tão importante quanto à de amplificação como por exemplo 
em um sistema de áudio. Podemos encontrar atenuadores em nossos sistemas desde os 
estágios de entrada, até os transdutores de saída, como drivers de compressão e tweeters. 
Usualmente a função de atenuação é realizada por redes resistivas, o que torna a atenuação 
independente da freqüência dentro de certos limites, mas podem tomar a forma de redes 
capacitivas, indutivas, transformadores ou mesmo circuitos ativos e não lineares. 
Ao se projetar um atenuador, pode-se estar interessado em ajustar os níveis ou valores de 
tensão, potência ou ambas as grandezas, e mais, pode-se ainda usar o atenuador para adaptar o 
valor de impedância de uma carga ao de uma fonte de sinal. 
 
 1.1. Quadripolos 
 No estudo de circuitos é bastante comum existir um acoplamento entre uma fonte (colocada 
em um par de terminais) e uma carga (num outro par de terminais) muitas vezes ligadas por 
uma estrutura complexa. Por exemplo, no estudo de filtros e de linhas de transmissão. 
Essas estruturas, genericamente chamadas de quadripolos, podem ser modeladas 
matricialmente, facilitando assim o estudo sistemático de seu comportamento para diferentes 
cargas colocadas sob diversas excitações. 
 
Fig. 01 - Representação de um Quadripolo. 
 
 
 Um quadripolo é um circuito qualquer com DOIS pares de terminais, onde valem as relações de 
corrente: 
I1 = I2 ; I1’ = I2’ 
 
 
7 
Os parâmetros utilizados para descrever um quadripolo são os seguintes: z, y, h, g, T. Eles 
geralmente são expressos em notação matricial e eles estabelecem relações entre os seguintes 
parâmetros (vide Figura 02): 
V1 = Tensão de entrada 
V2 = Tensão de saída 
I1 = Corrente de entrada 
I2 = Corrente de saída 
Essas variáveis são mais úteis quando o circuito opera com faixas de baixas a moderadas 
frequências. Em altas frequências, frequências de microondas por exemplo, as variáveis 
potência e energia são mais úteis, e a abordagem baseada em correntes e tensões aqui 
discutidas é substituída por uma abordagem em parâmetros de espalhamento. 
 
 1.2. Atenuadores 
Um atenuador é um dispositivo eletrônico que reduz a amplitude ou a potência de um sinal, 
sem distorcer sensivelmente a sua forma de onda. 
Efetivamente, Um atenuador é o oposto de um amplificador, embora os dois trabalhem 
utilizando métodos diferentes. Enquanto um amplificador proporciona ganho, um atenuador 
provê perda ou ganho inferior a 1. 
Atenuadores geralmente são dispositivos eletricamente passivos, construídos a partir de 
simples redes divisoras de tensão utilizando resistências. A divisão da amplitude da forma de 
onda entre as diferentes resistências da rede pode ser ajustável de forma discreta (alterando os 
valores dos resistores da rede) ou continuamente (ajustavéis usando potenciômetros). 
Para freqüências mais elevadas, são utilizados redes de resistências precisas para obteção de 
casamentos de impedâncias e assim obter um baixo ROE (Relação de Ondas Estacionárias). 
Atenuadores fixos são utilizados para baixar a tensão, dissipar potência, e melhorar o 
casamento de impedâncias. 
Atenuadores ou adaptadores são usados para diminuir a amplitude do sinal (em valores 
conhecidos) para permitir medições, ou para proteger o dispositivo de medição de níveis de 
sinais que possam danificá-lo. 
Atenuadores também são usados para 'casar' impedâncias, por apresentar um baixo ROE 
(Relação de Ondas Estacionárias). 
 
8 
Atenuadores de potência de guitarras são usados como carga de dissipação de potência, 
enquanto permitem que uma pequena saída possa ser usada para medições ou mesmo, outros 
propósitos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
9 
2. OBJETIVO 
 
O intuito desta experiência é esclarecer os cálculos e valores necessários para se obter um 
casamento de impedância entre uma determinada carga e um gerador de sinais, bem como, a 
análise da transferência de potência entre os circuitos atenuadores, análise da tensão e da 
corrente e ainda adaptar o valor de impedância de uma carga ao de um gerador de sinal. 
Para isso podemos ver no circuito abaixo a realização prática de circuito atenuador com 
atenuação com casador de impedância onde desejá-se obter um ganho de 10 dB, a partir de 
uma carga de 200 Ω, com uma fonte senoidal de 8 Vpp e freqüência de 1 Khz. 
 
 
Fig. 02 - Circuito Atenuador Seção “T” com adaptação em Seção “L”. 
 
 
10 
3. MÉTODO EXPERIMENTAL – QUADRIPOLO ATENUADOR 
RESISTIVO 
 
3.1. MATERIAL 
• Osciloscópio – Marca MINIPA; Mod.MO1221S; 
• Multímetro digital - Marca MINIPA; Mod. ET-20828; 
• Matriz de contato (Proto-board – Marca MINIPA); 
• Gerador de Sinais – Marca ICEL; 
• Resistores de valor variável de 1 K Ω; 
• Resistores de valor fixo de acordo com os valores encontrados no memorial de 
cálculos. 
 
3.2. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
• Ensaiar Zc,Za para entrada e saída; 
• Ensaiar Zie e Zis; 
• Ensaiar a obtenção de Zo para entrada e saída; 
• Ensaiar a obtenção de Vê, Vs, Pe e Ps (Volt/dBu e Watt/dBm). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
11 
4. RESULTADO DOS ENSAIOS 
 
4.1.Impedância Imagem de Entrada (Za, Zc). 
 
Fig. 03 – Impedância Imagem de entrada. 
 
 
Para Za, Zc de entrada foi encontrado durante o ensaio o valor de 250 Ω. 
 
 
4.2.Impedância Imagem de Saída (Za’, Zc’). 
 
 
 
Fig. 04 – Impedância Imagem de saída. 
 
 
Enquanto que o ensaio para Zc, Za de saída foi encontrado 165 Ω 
 
 
 
 
12 
 4.3.Ensaio de Zie e Zis para circuito com seção “L”. 
 
Fig. 05 – Seção “L”. 
 
O ensaio de Zie e Zis foi realizado apenas com a seção “L”, pois é nesta seção que se dá o 
casamento da impedância da carga de saída de 200 Ω com a impedância do gerador que é de 
600 Ω. 
Quando ensaiado as entradas (a, b) obteve-se o valor de 200,19 Ω, e quando ensaiado as 
saídas (c, d), obteve-se o valor de 600,11 Ω, ou seja, nesta prévia análise já se pode 
comprovar que os valores dos resistores empregados estão ajustados para o casamento das 
impedâncias de entrada e saída como desejado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
13 
5. MEMORIAL DE CÁLCULOS 
 
VVpp 8= 
Carga=200Ω 
Atenuação=10dB 
 
 
CÁLCULO DOS RESISTORES DA SEÇÃO “T” 
 
Fig. 06 - Quadripolo resistivo seção “T”. 
 
Ω=
−
=
Ω=
+
−
=
+
−
=
−
54567,140
1010
.2
89877,103
110
110
.200
110
110
.
2020
0
2
20
10
20
10
20
20
01
AA
A
A
Z
r
Zr
 
 
 
 
 
CÁLCULO DOS RESISTORES DA SEÇÃO ADAPTADORA “L” 
 
Fig. 07 - Quadripolo resistivo seção “L”. 
 
14 
Ω==
Ω=
=
=−=
==
Ω=
Ω=
95094,245
89794,489
.
81649,0
3
11
3
200
600
200
600
2
1
1
x
Z
r
r
Zxr
x
n
Z
Z
is
ie
is
ie
 
 
 
 
CÁLCULO DA ATENUAÇÃO IMAGEM ( )
nA
nnA
i
i
14621,1
1ln
=
+−=
 
� Passando para dB 
dBeAdB i 95585,9log20. == 
 
 
 
 
DESCREVENDO O CIRCUITO 
 
 
Fig. 08 - Circuito com dois quadripolos (Seção “L” e Seção “T”). 
 
 
 
 
 
15 
 
CALCULO DA RESISTÊNCIA EQUIVALENTE (Req) 
 
 
Fig. 09 - Obtenção das resistências equivalentes. 
 
R1 =103,89877 + 200 = 303,89877Ω 
 
R2 = 303,89877*140,54567 = 96,10122 Ω 
 303,89877+140,54567 
 
R3 = 96,10122 + 103,89877 = 199,999 Ω 
 
R4 = 199,999*245,95094 = 110,30403 Ω 
 199,999+245,95094 
 
Req = 110,30403 + 489,89794 = 600,20197 Ω 
 
 
 
CALCULANDO A TENSÃO EFICAZ 
 
RMSef VV 82842,22
4
== 
 
 
 
 
16 
CORRENTE TOTAL DO CIRCUITO 
 
 
Fig. 10 - Obtenção da resistência equivalente total circuito fechado. 
 
mA
R
V
I
eq
ef
T 35662,2600
=
+
= 
 
 
CÁLCULO DA TENSÃO 1V 
VV
RIV
E
eqTE
41444,1
.
=
=
 
 
 
CÁLCULO DA POTÊNCIA 1P 
mWP
VIP
E
TE
33331,3
. 1
=
=
 
 
PASSANDO PARA dBm 
 
( ) dBmPdBm 22875,5log10 1 == 
 
CALCULANDO EM dBu 
*Como a impedância equivalente no ponto calculado é igual a 600 Ω o valor em dBu é o 
mesmo que o dBm, ou seja, dBm22875,5 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
17 
DEFININDO AS CORRENTES 
 
 
Fig. 11 - Fluxo da corrente elétrica convencional no circuito. 
 
 
mAIII
mAIII
mAIII
mAIII
T
T
40978,0
54567,14089877,303
54567,140
.
88606,0
54567,14089877,303
89877,303
.
05689,1
99999,19995094,245
99999,199
.
29585,1
99999,19995094,245
95094,245
.
114
313
22
11
=⇒
+
=
=⇒
+
=
=⇒
+
=
=⇒
+
=
 
 
 
CÁLCULO DA TENSÃO 2V 
VV
RIV
25916,0
.
2
312
=
=
 
 
 
CÁLCULO DA POTÊNCIA 2P 
mWP
VIP
33583,0
.
2
212
=
=
 
 
 
PASSANDO PARA dBm 
( ) dBmPdBm 73880,4log10 2 −== 
 
 
 
 
 
 
 
18 
CALCULANDO EM dBu 
dBudBu
VdBu
51467,9
775,0
25916,0log20
775,0
log20 2
−=





=






=
 
 
 
CÁLCULO DA TENSÃO RV 
VV
IV
S
SS
08195,0
200.
=
=
 
 
 
CÁLCULO DA POTÊNCIA RP 
mWP
VIP
S
RSS
03358,0
.
=
=
 
 
 
PASSANDO PARA dBm 
( ) dBmPdBm R 73919,14log10 −== 
 
 
CALCULANDO EM dBu 
51040,19
77121,473919,14
=
+=
+=
dBu
dBu
KdBudBm
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
19 
6. Análise Descritiva 
 
Primeiramente foi feito o ajuste do gerador de função para obter 1 kHz, 8 Vpp. 
Em seguida realizamos a alimentação elétrica do circuito de acordo com o projeto, conforme 
segue: 
 
 
Fig. 12 - Circuito com dois quadripolos (Seção “L” e Seção “T”). 
 
Foi então realizadas medições de tensão nos pontos Vs, V2, VE e Vef do 
gerador de funções em relação ao circuito, e uma analise dos valores obtidos foi realizada 
com o objetivo de calcular os desvios, conforme segue: 
 
CALCULADO MEDIDO DESVIO 
VVE 41444,1= VVE 407,1= -0,52600% 
VV 25916,02 =
 
VV 258,02 =
 
-0,44760% 
VVS 08195,0= VVS 08079,0= -1,41550% 
RMSef VV 82842,2=
 
RMSef VV 828,2=
 
-0,01485% 
Tab. 01 Desvio CALCULADO X MEDIDO. 
 
 
 
 
 
 
20 
CONCLUSÃO 
 
A execução deste projeto nos proporcionou comprovar de forma prática o que já havíamos 
feito na teoria, pois alem de calcular as devidas resistências para encontrar o casamento 
necessário para a impedância do gerador à carga, ainda nos foi permitido assimilar a real 
necessidade de se haver um perfeito casamento entre as impedâncias existentes na conexão de 
dois ou mais circuitos. Pois somente desta forma é que se alcançará uma máxima 
transferência de potência, otimizando de tal forma o emprego do projeto em questão. 
 
21 
ANEXOS 
 
 
Fig. 13 - Protótipo do circuito atenuador. 
 
 
Fig. 14 - Multímetro para a medição da impedância total alcançada. 
 
 
Fig. 15 - Gerador de função ajustado para 8Vpp e 1KHz. 
 
 
Fig. 16 – Década Resistiva. 
 
 
22 
BIBLIOGRAFIA 
 
• http://pt.wikipedia.org/wiki/Atenuador 
• http://www.blucher.com.br/materiaisdeapoio/CircElet1_Cap4.pdf 
• http://www.eletrica.ufpr.br/artuzi/te143/TE143_06.ppt#258,3,Atenuador Resistivo 
• http://ozflor.com/electroforum/index.php?topic=30.0 
• http://www.ceset.unicamp.br/~leobravo/TT%20402/cap12.pdf