Relatório 3 - Eletrônica I

Prévia do material em texto

Procedimento e resultados experimentais
Inicialmente o experimento consistiu na análise de dois circuitos com diodos, verificando se a forma de onda na saída Vo(t) se confirma com aquela obtida no trabalho preparatório. A Figura (1) apresenta os circuitos.
Figura 1 – Circuitos com diodo
Fonte: [1]
Considerando que a forma de onda na entrada é como aquela mostrada à esquerda da Figura (1), conseguiu-se a forma de onda da Figura (2) na saída do circuito 1a.
Figura 2 – Forma de onda da saída do circuito 1ª
Fonte: elaborado pelo autor
Quando a entrada é zero no circuito da Figura (1a), a tensão que aparece na saída é resultado da Lei de Kirchhoff das tensões. Equacionando a malha central, descobre-se que a saída Vo inicia-se em 3,9 V até que a entrada atinja o mesmo valor. Quando isso acontece, a saída passa a acompanhar a entrada até que chegue ao valor de 7 V. Nesse momento, a forma de onda na saída é ceifada, se mantendo constante até que a entrada volte a 7V. Deste instante até a entrada voltar a 3,9 V, a saída acompanha novamente a entrada, decrescendo junto com a mesma e se mantendo constante em 3,9 V até o próximo ciclo. Estes valores foram calculados considerando uma fonte DC em cada instante em que se desejava fazer a análise e equacionando-se a malha central, observando sempre qual diodo conduz ou não. Analisando a conjuntamente a onda de entrada (onda triangular no canal 2 do osciloscópio) e a onda de saída (onda trapezoidal no canal 1 do osciloscópio) percebe-se que estão assim como definido no trabalho preparatório.
Para o circuito da Figura (1b), conseguiu-se a forma de onda mostrada na Figura (3).
Figura 3 – Forma de onda na saída do circuito 1b
Fonte: elaborado pelo autor
Ao analisar o circuito 1b considerando sua entrada em 0 V e equacionar sua malha central, descobre-se que a saída Vo começa em 5,6 V e permanece nesse valor até que a entrada a alcance. A partir de quando a entrada assume 5,6 V, a saída a acompanha até que na curva de descida atinja esse valor novamente e volte a ser constante. Novamente se analisa ponto a ponto da onda de entrada considerando uma fonte DC em cada instante e equacionando a malha central para descobrir qual é o valor na saída. Com base nesses valores de tensão se determina qual diodo está ou não conduzindo.
Na segunda etapa do experimento montou-se um circuito retificador de onda completa usando transformador de derivação central utilizando diodos 1N4148, assim como na Figura (4).
Figura 4 – Circuito retificador de onda completa usando transformador de derivação central
Fonte: [1]
Primeiramente obteve-se a forma de onda sem o capacitor observado ao lado do resistor R na Figura (4). O resultado está na Figura (5).
Figura 5 – Forma de onda na saída Vo do circuito retificador de onda completa usando transformador de derivação central
Fonte: elaborado pelo autor
Ao se inserir o capacitor, ele se comporta como um filtro, tornando a onda mais linear. A Figura (6) apresenta o que foi obtido.
Figura (6) – Forma de onda filtrada com capacitor
Fonte: elaborado pelo autor
A onda assume esse formato porque, assim que o circuito é ligado, o capacitor é carregado com a tensão de pico e assim que a tensão de entrada começa a cair, ele supre a momentânea falta de tensão. Isso faz com que a as oscilações da tensão alternada sejam muito reduzidas na saída.
Na quarta parte do experimento, conectou-se o circuito da Figura (4) a um regulador de tensão construído com diodo Zener, mostrado na Figura (7).
Figura 7 – Regulador de tensão usando o diodo Zener
Fonte: [1]
O diodo Zener trabalha numa faixa restrita de tensão, a tensão zener. Por mais que hajam grandes oscilações na corrente provocadas por variações da tensão de entrada Vi, a tensão zener se manterá praticamente a mesma. Colocando-se o diodo Zener em paralelo com a carga RL, obriga-se que ambos tenham a mesma tensão. Assim a tensão na carga também não oscilará, constituindo o que é chamado de regulador de tensão.
Ao ligar os circuitos da Figura (4) e (7) o que se faz é transformar uma tensão alternada em contínua. O processo consisti em retificar completamente a onda, filtra-la com o capacitor e finalmente associar a carga ao regulador de tensão, tornando a onda num sinal contínuo no tempo, um sinal DC. A Figura (8) compara a onda filtrada usando somente o capacitor (parte superior da figura) com a onda filtrada e regulada com o diodo Zener (parte inferior da figura).
Figura 8 – Comparação da onda somente filtrada com a onda filtrada e regulada
Fonte: elaborado pelo autor
A quinta parte do experimento foi desenvolvido um circuito dobrador de tensão, considerando uma tensão de entrada senoidal de 500 Hz, com amplitude de 5V de pico e diodos 1N4148. O circuito está na Figura (9).
Figura 9 – Circuito dobrador de tensão
Fonte: [1]
Ao contrário do que foi feito no trabalho preparatório, a tensão de saída não se mantém constante ao atingir a tensão dobrada. O que na verdade ocorre é que no semi-ciclo positivo tem-se a carga de do capacitor C1 e devido ao corte do diodo D2, o capacitor C2 permanece sem carga. Já no semi-ciclo negativo a tensão da fonte é somada a tensão armazenada em C1. O diodo D1 fica em corte e C2 é carregado. No próximo semi-ciclo positivo C1 é novamente carregado enquanto C2 se descarrega com -2Vp. O resultado é uma onda com a tensão dobrada tanto no semi-ciclo positivo quanto no negativo. A forma de onda obtida no dobrador de tensão está na Figura (10).
Figura 10 – Forma de onda do circuito dobrador de tensão
Fonte: elaborado pelo autor
Circuito Demodulador de AM (Amplitude Modulada)
Uma das aplicações do diodo é o circuito detentor de pico com o sinal de entrada composto de um sinal senoidal portador (frequência de 20 kHz) e um sinal senoidal modulante (frequência de 400 Hz). A onda no canal 2 do osciloscópio é o sinal de entrada e a onda no canal 1 do osciloscópio carrega o sinal modulante que aparece na saída do circuito. O circuito está apresentado na Figura (11).
Figura 11 – Sinal modulante da saída
Fonte: elaborado pelo autor
Conformador de onda
O circuito conformador de onda serve para transformar os perfis de onda, como por exemplo uma onda triangular em senoidal. O circuito conformador está representado na Figura (12).
Figura 12 – Circuito conformador de onda
Fonte: elaborado pelo autor
Na entrada foi aplicado um sinal triangular com amplitude de 10 Vpp, frequência de 1 kHz e offset de 0 V. O sinal obtido está na Figura (13)
Figura 13 – Onda de entrada triangular sobreposta pela onda conformada
Fonte: elaborado pelo autor
A onda conformada também pode ser visualizada no formado XY em um gráfico Vin por Vout. Esta outra representação está na Figura (14)
Figura 14 – Onda conformada no formato XY, gráfico Vin x Vout
Fonte: elaborado pelo autor
Projeto de Indicador de Bateria
O circuito apresentado no trabalho preparatório foi implementado e os resultados estão apresentados a seguir. É importante ressaltar que em todas imagens do osciloscópio a escala vertical é de 2 V por divisão.
A Figura (14) mostra que a tensão de entrada está por volta de 7 V e assim só deve ascender o LED vermelho. 
Figura 14 – Tensão próxima de 6,5 V ascendendo somente o LED vermelho
Fonte: elaborado pelo autor
A Figura (15) mostra que a tensão de entrada está quase em 9 V e assim os LED’s vermelho e amarelo devem ascender.
Figura 15 – Tensão entre 6,5 V e 9 V ascendendo os LED’s vermelho e amarelo
Fonte elaborado pelo autor
A Figura (16) mostra a tensão acima de 9 V, ascendendo assim todos os LED’s, o vermelho, o amarelo e o verde.
Figura 16 – Tensão de entrada acima de 9 V ascendendo todos os LED’s
Fonte: elaborado pelo autor
Assim como previsto, o projeto funcionou perfeitamente bem dentro dos conformes.