Prévia do material em texto
0 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/