Apostila De Eletrônica Analógica Prática

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Eletrônica Analógica – Pratica - ELETRÔNICA DIGITAL - ELETRÔNICA ANALÓGICA Prática 1 A pos t il a s u j e it a a r ev i s ão Eletrônica Analógica – Prática 2 Eletrônica Analógica – Pratica Índice EA 01: Resistores ......................................................................................................... 5 Primeira Lei de Ohm ............................................................................................5 Segunda Lei de Ohm ...........................................................................................9 Lei de Kirchhoff ..................................................................................................15 Teorema de Norton............................................................................................19 Teorema de Thevenin ........................................................................................23 Teorema de Superposição .................................................................................27 EA 02: Multímetro Analógico....................................................................................... 33 Medidas de Resistência com Ôhmímetro Analógico ..........................................33 Medidas de Tensão com Multímetro Analógico .................................................41 Medidas de Corrente com Multímetro Analógico................................................45 EA 03: RLC/Filtros Passivos ....................................................................................... 49 Circuito RC série em CA ....................................................................................49 Circuito RLC paralelo em CA .............................................................................55 Circuito RLC série em CA ..................................................................................59 Medidas de ângulo de fase de capacitor em CA. ...............................................65 Reatância Capacitiva .........................................................................................71 EA 04 : Transformadores Monofásicos ....................................................................... 77 Tapeamento de Transformadores Monofásicos .................................................77 EA 05: Diodos/Fonte DC............................................................................................. 83 Curva característica do diodo ............................................................................83 Característica do diodo zener ............................................................................89 Retificador de meia onda ...................................................................................95 Retificador de Onda Completa ......................................................................... 101 Retificador em ponte de diodos ....................................................................... 107 Capacitor de Filtro em retificador de meia onda ............................................... 111 Capacitor de filtro em retificador de onda completa ......................................... 117 Regulador Monolítico 7805 .............................................................................. 125 EA 07: Amplificador com Acoplamento Capacitivo .................................................... 131 Amplificador em emissor comum ..................................................................... 131 Amplificador em base comum .......................................................................... 137 Determinação de impedância de entrada e saída de um amplificador EC ....... 145 Amplificador em coletor comum ....................................................................... 151 Amplificador em cascata com acoplamento capacitivo .................................... 155 Resposta de freqüência em amplificador emissor comum ............................... 161 EA 08: Amplificador Classe A, B e AB ...................................................................... 167 Amplificador em emissor comum Classe A (sinal) ........................................... 167 Amplificador em classe B e AB (push–pull)...................................................... 171 EA 09: Características do BJT – JFET – MOSFET ................................................... 177 Curva característica de BJT ............................................................................. 177 Curva característica de JFET........................................................................... 181 Curva característica de MOSFET .................................................................... 185 3 Eletrônica Analógica – Prática EA 11: UJT – SCR – DIAC – TRIAC ......................................................................... 189 Características do DIAC .................................................................................. 189 Características do SCR ................................................................................... 193 Deslocamento de fase por rede RC ................................................................. 199 Controle de disparo de SCR por deslocamento de fase................................... 205 Oscilador de relaxação com transistor UJT...................................................... 213 Controle de disparo de SCR por UJT............................................................... 219 Controle de disparo de TRIAC por rede RC ..................................................... 223 EA 17: Amplificadores Operacionais ......................................................................... 229 Amplificador Inversor ....................................................................................... 229 Amplificador não inversor ................................................................................ 233 Buffer (seguidor de tensão) ............................................................................. 237 Comparador..................................................................................................... 241 Somador .......................................................................................................... 247 Subtrator .......................................................................................................... 253 Astável com AOP............................................................................................. 257 EA 18: Amplificadores Operacionais ......................................................................... 261 Integrador com AOP ........................................................................................ 261 Diferenciador com AOP ................................................................................... 267 EA 19: Osciladores ................................................................................................... 273 Oscilador Harmônico Colpitts........................................................................... 273 Oscilador Harmônico Duplo T .......................................................................... 277 Oscilador a cristal com Portas Lógicas ............................................................ 281 EA 23: Resistores-Associação de Resistores ........................................................... 285 Código de cores em resistores ........................................................................ 285 Associação de resistores em série .................................................................. 289 Associação de resistores em paralelo.............................................................. 293 Associação mista de resistores........................................................................ 297 EA 24: Amplificador com JFET e MOSFET ............................................................... 301 Amplificador com JFET autopolarizado ............................................................ 301 Amplificador com JFET polarizado com tensão DC ......................................... 307 Amplificador com MOSFET ............................................................................. 313 EA 27: Oscilador Temporizador 555 ......................................................................... 319 Temporizador 555 como Astável ..................................................................... 319 Temporizador 555 como Monoestável ............................................................. 323 Gerador de rampa com 555 ............................................................................. 327 Protoboard ................................................................................................................ 333 Matriz de Contatos para Montagens de Circuitos Eletrônicos Discretos .......... 333 4 Eletrônica Analógica – Pratica EA 01: Resistores Primeira Lei de Ohm Objetivos: 1 – Comprovar experimentalmente a 1ª Lei de OHM. 2 – Traçar o gráfico da curva característica em função de Tensão e corrente. Material utilizado: - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 01: Resistores; - Multímetro digital - Fonte de tensão ajustável de 0 –12V - Cabinhos de conexão. Introdução teórica O resistor é um componente que apresenta uma relação linear entre tensão e corrente, como indica a curva característica ilustrada na figura a seguir. O circuito consiste de uma fonte de tensão variável alimentando um resistor como mostra a figura. Para cada tensão ajustada teremos um respectivo valor de corrente, que colocados numa tabela, possibilitam o levantamento da curva. Na figura abaixo temos o exemplo de gráfico de uma curva característica de um bipolo Ôhmico. 5 Eletrônica Analógica – Prática Parte experimental 1 – Conectar o bastidor eletrônico (DeLorenzo) na rede elétrica adequada. 2 – Pegar o Módulo EA 01: Resistores e localizar o circuito a seguir. 3 – Calcular a resistência equivalente do circuito (R1, R2 e R3). Req (calculada) = ________________Ω 4 – Medir a resistência total do circuito com auxílio de um ohmímetro conectando a ponta de prova entre os bornes indicados B7 e B9. Req (medida) = __________Ω O valor confere com a calculada? __________ 5 – Conectar os bornes indicados por B6 e B7 utilizando cabinho de conexão. 6 – Ajustar a tensão da fonte para +5V e conecte o pólo positivo ao borne indicado por B5 e o pólo negativo ao borne indicado por B9. 7 – Conectar o miliamperimetro entre os bornes B6 e B7 conforme está mostrado na figura a seguir. 8 – Medir a corrente total e as tensões dos resistores R1 e R2 e registre no quadro a seguir. 6 Eletrônica Analógica – Pratica Note-se que a o resistor R3 está em paralelo com o resistor R2, portanto a queda de tensão em R2 e R3 é a mesma. 9 – Calcular a corrente total e as quedas de tensões nos resistores R1 e R2 completando a tabela, por meio dos valores de resistência total obtida item 04 e a tensão da fonte de 5V aplicada ao circuito. 10 – Confrontar os valores da corrente e das tensões calculados com os valores medidos. Justificar a validade da aplicação da Lei de Ohm. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 11 – Ajustar a fonte de tensão para 0V e conecte ao circuito conforme está mostrado na figura a seguir. 12 - Conectar o miliamperímetro ao circuito entre os bornes indicados B6 e B7. Nota; mantenha a polaridade do miliamperímetro e a escala correta ao inseri-lo ao circuito. 13 – Ajustar a tensão da fonte para os valores (V) indicados no quadro. Medir a corrente do circuito e registre na tabela a seguir. 7 Eletrônica Analógica – Prática 14 – Observar as variações dos valores das correntes medidas em relação ao valor da tensão aplicada ao circuito. O que podemos afirmar em relação à Lei de Ohm sobre essa ocorrência? ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 15 – Traçar o gráfico da Corrente e Tensão na folha quadriculada abaixo a seguir, com base nos dados das medidas obtidas no item 13. Coloque os valores da corrente na posição vertical e os valores da Tensão na horizontal. 16 – Comprovar a validade da Lei de Ohm, por meio das características observadas na experimentação realizada escrevendo a sua conclusão. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 8 Eletrônica Analógica – Pratica EA 01: Resistores Segunda Lei de Ohm Objetivos; 1 - Comprovar experimentalmente a validade da 2ª lei de Ohm. 2 - Comparar com as medidas de resistências teóricos e práticos. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 01: Resistores; - Multímetro; - Cabinhos de conexão. Introdução teórica A resistência elétrica de um condutor depende fundamentalmente de quatro fatores a saber: 1. material do qual o condutor é feito; 2. comprimento (L) do condutor; 3. área de sua seção transversal (S); 4. temperatura no condutor. Para que se pudesse analisar a influência de cada um desses fatores sobre a resistência elétrica, foram realizadas várias experiências variando-se apenas um dos fatores e mantendo constantes os três restantes. Assim, por exemplo, para analisar a influência do comprimento do condutor, manteve-se constante o tipo de material, sua temperatura e a área da sessão transversal e variou-se seu comprimento. Com isso, verificou-se que a resistência elétrica aumentava ou diminuía na mesma proporção em que aumentava ou diminuía o comprimento do condutor. “A resistência elétrica é diretamente proporcional ao comprimento do”. Condutor”. Para verificar a influência da seção transversal, foram mantidos constantes o comprimento do condutor, o tipo de material e sua temperatura, variando-se apenas sua seção transversal. 9 Eletrônica Analógica – Prática Desse modo, foi possível verificar que a resistência elétrica diminuía à medida que se aumentava a seção transversal do condutor. Inversamente, a resistência elétrica aumentava, quando se diminuía a seção transversal do condutor. Isso levou à conclusão de que: “A resistência elétrica de um condutor é inversamente proporcional à sua área de seção transversal”. No caso de um dos condutores é de ouro e outro é de ferro. Verifica-se experimentalmente que o condutor de ouro apresenta uma resistência menor. Como as dimensões são as mesmas, conclui-se que a resistência de um condutor depende do material de que é feito. RESISTIVIDADE ELÉTRICA Resistividade elétrica é a resistência elétrica específica de um certo condutor com 1 metro de comprimento, 1 mm 2 de área de seção transversal, medida em temperatura ambiente constante de 20 o C. A unidade de medida de resistividade é o Ω mm 2 /m, representada pela letra grega ρ (lê-se “rô”). A tabela a seguir apresenta alguns materiais com seu respectivo valor de resistividade. Material ρ (Ω Ω mm 2 /m) a 20°C Alumínio 0,0278 Cobre 0,0173 Estanho 0,1195 Ferro 0,1221 Material Níquel Zinco Chumbo Prata ρ (Ω Ω mm 2 /m) a 20°C 0,0780 0,0615 0,21 0,30 A resistência elétrica de um condutor é diretamente proporcional ao produto. da resistividade específica pelo seu comprimento, e inversamente proporcional à sua área de seção transversal. Matematicamente, essa lei é representada pela seguinte equação: R= ρ⋅L S Nela, R é a resistência elétrica expressa em Ω; L é o comprimento do condutor em metros (m); S é a área de seção transversal do condutor em milímetros quadrados (mm 2 ) e ρ é a resistividade elétrica do material em Ω . mm 2 /m. 10 Eletrônica Analógica – Pratica Parte experimental 1 – Conectar o bastidor eletrônico (DeLorenzo) na rede elétrica adequada. 2 – Pegar o Módulo 01: Resistores (DeLorenzo) e selecione os componentes da placa (2ª Lei de Ohm , Resistores de fio). Selecione os componentes conforme está mostrado na figura em seguida. O comprimento do fio condutor de níquel cromo dos componentes A e B medem aproximadamente 57mm de comprimento a cada espira. A espessura do fio do resistor A tem aproximadamente 0,4mm de espessura. A espessura do fio do resistor B tem aproximadamente 0,1mm de espessura. 3 – Observar os resistores de fio A e B. De acordo com o enunciado da segunda lei de Ohm, qual dos dois resistores possui a menor resistência elétrica entre os seus terminais? Justifique a sua resposta. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 4 – Selecionar o resistor A. Ajuste a escala o ohmímetro para medição de resistência baixa. Conectar a ponta de prova positiva do ôhmímetro na primeira espira à esquerda do resistor de fio (A) e a outra ponta de prova negativa na próxima espira contando o número de espiras conforme os pedidos da tabela a seguir. 6 – Medir a resistência elétrica de acordo com o número de espiras (comprimento) 11 Eletrônica Analógica – Prática e registre-o completando a tabela a seguir. 7 – Mantendo-se a mesma espessura do fio condutor de níquel cromo, o que se percebe com a resistência elétrica, quando aumenta o seu comprimento? ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 8 – Contar o número de espiras total do resistor A. Número de espiras: ____________ Considera-se que cada espira do fio possui aproximadamente 57mm de comprimento. 9 – Calcular o comprimento total aproximado do fio condutor, usando o valor do comprimento por espira. Comprimento do fio condutor de 0,4mm = __________________Centímetros. 10 – Medir a resistência total do resistor A, entre os bornes indicados B1 e B2. Resistência elétrica do resistor de fio = ________________Ω 11 – Comparar o resistor A com a B localizado na placa, observar a espessura do fio e o número de espiras. O que se percebe de diferente neste resistor em relação ao resistor B quanto a sua Resistividade, considerando que, cada espira de ambos resistores tem 5,7mm de comprimento? ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 12 – Selecionar o resistor B. Observe que, este resistor possui maior número de espiras e a espessura do fio condutor são mais finas em relação ao resistor B. 13 – Conectar uma das pontas de prova do ôhmímetro no terminal e a outra na 12 Eletrônica Analógica – Pratica próxima espira do resistor de fio e medir a resistência elétrica completando o quadro em seguida. 14 – Considerando o número de espiras nos resistores A e B medidas e anotadas na tabela 1 e tabela 2, significa que o comprimento do fio condutor medido é a mesma, ou seja, 40 espiras medidas. Considerando o mesmo número de espiras (mesmo comprimento), qual o resistor possui maior ou menor resistência elétrica? Explicar a resposta. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ....................................................................................................................... 15 – De acordo com as medidas de resistência elétrica efetuada no condutor do resistor A e resistor B registrado na tabela do item 4 e item 9, o que se pode afirmar sobre a 2ª Lei de Ohm quanto a sua resistividade? ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 16 – Fazer a conclusão validando a 2ª Lei de Ohm de acordo com as características observadas nesta experiência. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 13 Eletrônica Analógica – Prática 14 Eletrônica Analógica – Pratica EA 01: Resistores Lei de Kirchhoff Objetivo; 1 – Comprovar experimentalmente a 1ª e a 2ª Lei de Kirchhoff. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 01: Resistores; - Fonte de tensão ajustável de 0 - 12V; - Multímetro; - Cabinhos de conexão. Introdução teórica Leis de Kirchhoff Um circuito elétrico pode ser composto por várias malhas, constituídas por elementos que geram ou absorvem energia elétrica. Para calcularmos as tensões e correntes nesses elementos, necessitamos utilizar as Lei de Kirchhoff, devido as complexidades dos circuitos. Essas leis são empregadas para determinar valor e sentido das intensidades das correntes, quando são conhecidos os valores das resistências elétricas e as forças eletromotrizes que agem de uma rede elétrica. São também usadas para determinar as somas algébricas das correntes nos nós e as somas algébricas da quedas de tensões nos ramos da malha. Assim sendo a 1ª lei de Kirchhoff, ou Lei dos nós, é enunciada como: A soma algébrica das correntes em um nó é nula. Enquanto que a 2ª lei de Kirchhoff, ou Lei das malhas, é enunciada como: A soma algébrica das tensões em uma malha é nula. 15 Eletrônica Analógica – Prática Parte experimental 1 – Conectar o bastidor eletrônico (DeLorenzo) na rede elétrica adequada. 2 – Pegar o Módulo EA 01: Resistores e localizar o circuito mostrado na figura a seguir. 3 – Montar o circuito utilizando os cabinhos conforme o circuito elétrico a seguir. Ajuste a tensão para +5V. Conecte o pólo positivo de +5V ao borne indicado por B11 e o negativo da fonte ao borne indicado por B14. Nota: A comprovação experimental das Leis de Kirchhoff será feita por meio de uma montagem de circuito elétrico resistivo simples de duas malhas e uma única fonte de tensão. A experimentação com dois ou mais fontes de tensões necessitam que sejam isolados e com as resistências internas exatamente iguais. Com os dados obtidos nesta experimentação serão aplicadas as respectivas Leis de Kirchhoff para verificar a validade das mesmas. 4 – Medir as correntes do circuito e registre no quadro a seguir. 16 Eletrônica Analógica – Pratica Observar a forma correta de conectar os instrumentos de medida de corrente e tensão ao circuito. 5 – Medir as tensões do dos componentes do ramo do circuito indicados no quadro a seguir anotando os valores das tensões no quadro a seguir. Análise dos resultados 6 – Escrever as equações algébricas das correntes dos nós da primeira coluna do quadro as seguir. 7 – Completar a segunda coluna do quadro substituindo a equação da primeira coluna com valores de correntes medidos experimentalmente no item 5. Convencionar o sinal positivo para a corrente que chegam no nó e negativa para os que saem do nó. Por exemplo; Equação algébrica; I1 – I2 – I3 = 0. 8 – Verificar a validade das equações das correntes (Kirchhoff) confrontando com os valores medidos. Nota: Podem ocorrer umas pequenas diferenças entre os valores comprovados, isto devido a erros inseridos durante a medição efetuada por intermédio de miliamperímetro e outras tolerâncias. 17 Eletrônica Analógica – Prática 9 – Escrever as equações algébricas das tensões das malhas da primeira coluna do quadro a seguir. 10 – Completar a segunda coluna do quadro mostrado no item 9 substituindo a equação da primeira coluna com valores das tensões medidos experimentalmente no item 5. 11 – Verificar a validade das equações algébricas das tensões (Kirchhoff) confrontando com os valores medidos experimentalmente. Nota: Podem ocorrer umas pequenas diferenças entre os valores comprovados, isto devido a erros inseridos pelo instrumento de medida. 12 – Com os resultados obtidos nesta experimentação da lei de Kirchhoff, fazer a sua conclusão. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 18 Eletrônica Analógica – Pratica EA 01: Resistores Teorema de Norton Objetivos; 1 - Comprovar experimentalmente a validade do Teorema de Norton. 2 - Medir as correntes e tensões do circuito equivalente de Norton. 3 - Comparar com resoluções teóricos e práticos. 4 - Analisar os resultados da experimentação com quadro comparativo. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 01: Resistores; - Multímetro; - Fonte de tensão DC ajustável de 0 - 12V; - Fonte de tensão DC fixa de 5V; - Cabinhos de conexão. Introdução teórica Quaisquer circuitos elétricos, lineares e ativos pode ser substituídos por um circuito equivalente constituído de uma fonte de corrente e uma resistência em paralelo, o equivalente Norton, como ilustra a figura em seguida. A corrente IN do equivalente Norton é aquela que atravessa um curto-circuito ligado entre os pontos A e B do circuito original. A resistência RN do equivalente Norton é a resistência entre os pontos A e B do circuito original com a carga desconectada e com os geradores desativados (geradores de tensão em curto e geradores de corrente em aberto). Metodologia – A comprovação experimental da validade de Teorema de Norton será feita de uma maneira bastante direta e tradicional. Serão medidas a tensão e corrente sobre um dos resistores que fará o papel da carga. Depois , o equivalente Norton será determinado experimentalmente. Por fim, o equivalente Norton será feito através das medidas de tensão e corrente sobre a carga para que se possa comparálas com aqueles valores obtidos a partir de um circuito original. Como uma fonte de corrente não e um dispositivo comum nos laboratórios didáticos, ela será simulada por uma fonte de tensão e um potenciômetro que ajustará intensidade da corrente para o nível desejado. 19 Eletrônica Analógica – Prática Parte experimental 1 – Conectar o bastidor eletrônico (DeLorenzo) na rede elétrica adequada. 2 – Pegar o Módulo EA 01: Resistores e selecione os componentes da placa (Método de Kirchhoff /Superposição). Selecione os componentes conforme está mostrado na figura em seguida. 3 – Montar o circuito esquemático da figura em seguida. 4 - Ajustar a tensão da fonte para 5V e aplique 5 – Medir a tensão e a corrente no resistor RL do circuito montado. O resistor RL faz o papel da carga do circuito. RL (Carga) Tensão (V) Corrente (mA) ..................V ..................mA 6 – Substituir o resistor RL por um curto circuito e meça a corrente que o atravessa. Corrente IN (mA) ............................mA Esse é o valor da corrente IN do equivalente Norton. 20 Eletrônica Analógica – Pratica 7 – Desconectar a fonte de tensão do circuito. Substitua a fonte de tensão por um curto circuito, deixe em aberto os pontos onde estava ligado o resistor RL. 8 – Medir com um ôhmímetro a resistência entre esses mesmos pontos indicados por B13 e B22. Esse valor é o valor da resistência RN do equivalente Norton. Resistência equivalente Norton ____________ Ω 9 – Montar o circuito ilustrado na figura em seguida. Esse é o equivalente Norton do circuito original. Parte do circuito destacada pelas linhas tracejadas simula uma fonte de corrente. 10 – Ajustar a resistência do potenciômetro até que o valor da corrente IN seja igual àquele obtido no item 5. RL (Carga) Tensão (V) Corrente (mA) ................. V ............... mA 21 Eletrônica Analógica – Prática Análise dos resultados: 11 – Comparar os valores de tensão e corrente no resistor RL obtidos nos dois circuitos; o original e o equivalente. Fazer um comentário da validade do Teorema de Norton, pelo menos para o circuito montado neste ensaio. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 12 – Calcular teoricamente a corrente equivalente de Norton do circuito montado. Compare os valores obtidos através do cálculo teórico com aqueles obtidos experimentalmente nos itens 5 e 6. Equivalente IN calculado = ________ Equivalente IN Medido = __________ 13 – Descrever um comentário conclusivo sobre equivalência Thevenin - Norton, ou seja, sobre a transformação do equivalente Thevenin em equivalente Norton e vice-versa. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 22 Eletrônica Analógica – Pratica EA 01: Resistores Teorema de Thevenin Objetivos; 1 - Comprovar experimentalmente a validade do Teorema de THEVENIN. 2 - Medir as correntes e tensões do circuito equivalente de THEVENIN. 3 - Comparar com resoluções teóricos e práticos. 4 - Analisar os resultados da experimentação com quadro comparativo. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 01: Resistores; - Multímetro; - Fonte de tensão DC ajustável de 0 - 12V; - Fonte de tensão DC fixa de 5V; - Cabinhos de conexão. Introdução teórica Quaisquer circuitos elétricos, lineares e ativos podem ser substituídos por um circuito equivalente constituído de uma fonte de tensão em série com uma resistência, o equivalente Thevenin, como ilustra a figura em seguida. A tensão ETH do equivalente Thevenin é a resistência entre os pontos A e B do circuito original com a carga desconectada e todos os geradores do circuito anulados (gerador de tensão em curto e gerador de corrente em aberto). Metodologia A comprovação experimental da validade de Teorema de Thevenin, será feita em circuito elétrico resistivo e serão medidas a tensão e a corrente em um dos seus resistores que fará o papel da carga. Depois será determinado experimentalmente o equivalente Thevenin. O equivalente será montado e a tensão e a corrente na carga será medidas para que se possa compará-los com os valores obtidos no circuito original. 23 Eletrônica Analógica – Prática Parte experimental 1 – Conectar o bastidor eletrônico (DeLorenzo) na rede elétrica adequada. 2 – Pegar o Módulo EA 01: Resistores e selecione os componentes da placa (Método de Kirchhoff /Superposição). Selecione os componentes conforme está mostrado na figura em seguida. 3 – Montar o circuito esquemático da figura em seguida. 4 - Ajustar a tensão da fonte para 5V e aplique 5 – Medir a tensão e a corrente no resistor RL do circuito montado. O resistor RL faz o papel da carga do circuito. RL (Carga) Tensão (V) Corrente (mA) ................ V ............. mA 6 – Retirar o resistor RL do circuito e meça a tensão entre os pontos indicados pelos bornes B13 e B22, ou seja, sobre a carga (470Ω). ETH (volt) ......................................V 24 Eletrônica Analógica – Pratica Esse é o valor da corrente ETH do equivalente THEVENIN. 7 – Desconectar a fonte de tensão do circuito. 8 – Substituir a fonte de tensão por um curto circuito, deixe em aberto os pontos onde estava ligado o resistor RL. 9 – Medir a resistência entre os pontos B13 e B16. Esse valor é o valor da resistência RTH do equivalente THEVENIN. Resistência equivalente THEVININ ................................ Ω 10 – Montar o circuito equivalente Thevenin ilustrado em seguida. Utilizar o potenciômetro localizado na placa para simular a resistência RTH conforme está ilustrado em seguida. Esse é o equivalente THEVENIN do circuito original. 11 – Ajustar o potenciômetro para o valor da RTH obtido no item 8. 12 – Ajustar a tensão da fonte para o valor da tensão ETH obtido no item 5 e aplique ao circuito. 25 Eletrônica Analógica – Prática 13 – Medir a tensão e a corrente no resistor de carga RL do equivalente Thevenin e anote em seguida. RL (Carga) Tensão (V) Corrente (mA) ................. V ................m A Análise dos resultados: 14 – Comparar os valores de tensão e corrente obtidos no item 5 e 12. Fazer um comentário da validade do Teorema de Thevenin, pelo menos para o circuito montado neste ensaio. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 15 – Determinar teoricamente o equivalente THEVENIN do circuito montado. Equivalente ETH = ____________ (calculado) 16 – Comparar os resultados de valores obtidos através do cálculo teórico com aqueles obtidos experimentalmente nos itens 5 (tensão) e 8 (resistência). Equivalente ETH = ____________ Equivalente RTH = ______________ 17 – Concluir a experimentação descrevendo a validação do teorema de Thevenin. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 26 Eletrônica Analógica – Pratica EA 01: Resistores Teorema de Superposição Objetivos; 1 - Comprovar experimentalmente a validade do Teorema de superposição dos efeitos. 2 - Medir as correntes e tensões do circuito de superposição. 3 - Comparar com resoluções teóricos e práticos. 4 - Analisar os resultados da experimentação com quadro comparativo. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 01: Resistores; - Multímetro; - Fonte de tensão DC ajustável de 0 - 12V; - Fonte de tensão DC fixa de 5V; - Cabinhos de conexão. Introdução teórica O teorema da superposição dos efeitos estabelece que; A corrente que circula por um ramo de um circuito composto por várias fontes é igual a soma algébrica das componentes tomadas separadamente, considerando-se apenas uma das fontes de cada vez, anulando as outras restantes. É importante lembrar que o Teorema terá validade se a “palavra” corrente for substituída pela “palavra” tensão em seu enunciado. Deve-se considerar a fonte de tensão de cada vez colocando em curto circuito as demais. A aplicação do teorema de superposição é para determinar a corrente num ramo de um circuito qualquer, considerando os efeitos parciais produzidos por cada fonte neste ramo. 27 Eletrônica Analógica – Prática Parte experimental 1 – Conecte o bastidor eletrônico (DeLorenzo) na rede elétrica adequada. 2 – Pegar o Módulo EA 01: Resistores e selecione o circuito mostrado na figura a seguir. 3 – Conectar os bornes do Kit de acordo com o esquema elétrico a seguir. Ajuste a fonte de tensão para +12V, conecte o pólo positivo ao borne B11 e o pólo negativo ao borne indicado por B14. 4 – Conectar a tensão +5V fixa ao borne B13 e o pólo negativo ao borne indicado por B16. 5 – Fechar os bornes B12 e B15 com auxílio de um cabinho de conexão. 28 Eletrônica Analógica – Pratica 6 – O resistor R6 (470Ω) da placa, simula a carga RL do circuito de superposição dos efeitos. 7 – Medir a tensão sobre a carga R6 = 470Ω com auxílio de um multímetro e registrar na tabela 1 em seguida. Medir a corrente I da carga R5 e registrar na tabela 1. 8 – Desconectar a fonte de tensão E1 do circuito. Substituir por um curto circuito. Note que a fonte de tensão E2 (5V) permanece intacta sem nenhuma alteração. 29 Eletrônica Analógica – Prática 9 – Medir a corrente I1 no resistor RL de 470Ω (R6), meça a tensão sobre a carga RL (R6 = 470Ω) e anote na tabela 2 em seguida. 10 – Retirar a fonte de tensão E2 do circuito e substituir por um curto circuito. 11 – Conectar novamente a fonte de tensão E1 de 12V nos bornes B11 e B14 conforme está mostrado na figura em seguida. 12 – Medir a corrente I2 no resistor RL de 470Ω (R6), meça a tensão sobre a carga RL (R6 = 470Ω) e anote na tabela 3 em seguida. 30 Eletrônica Analógica – Pratica Observar o circuito original, as fontes de tensão estão com as mesmas polaridades para a carga, portanto, a corrente I da carga é a soma das correntes de E1 e E2, ou seja, I1 + I2 medidas no item 08 e item 10. Em caso de fontes invertidas, as correntes se subtraem. 13 – Comparar as medidas de corrente I do item 06 com a soma das correntes I 1 e I 2 fornecidos por uma de cada fonte de tensão do item 08 e item 11. I = ____________mA (medida no item 06 com as duas fontes conectadas) I=I1+I2 ______+ ______= _________mA De acordo com o teorema de superposição, as correntes devem ser iguais (aproximadamente igual ao de pratica). 14 – Fazer os cálculos teóricos com os valores dos dados do circuito original, aplicando o teorema de superposição dos efeitos e compare com os resultados obtidos na pratica. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 31 Eletrônica Analógica – Prática 15 – Transferir os valores das tensões e correntes medidas nas tabelas 1, 2 e 3 na tabela 4 em seguida. Anotar os valores calculados na tabela 4 e completar os valores comparativos na tabela 4 em seguida. O que se pode afirmar com os valores medidos e calculados. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 16 – Fazer a conclusão da experimentação comprovando a validação do teorema de superposição de efeitos. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 32 Eletrônica Analógica – Pratica EA 02: Multímetro Analógico Medidas de Resistência com Ôhmímetro Analógico Objetivos; 1 – Conhecer as características do Ôhmímetro Analógico. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 02 – Multímetro Analógico (DeLorenzo); - Fonte de tensão ajustável de 0 - 12V; - Multímetro digital; - Cabinhos de conexão; - Resistores de 100Ω, 560Ω, 1kΩ, 5k6Ω, 10kΩ; - Matriz de pontos para montagem (protoboard). Introdução teórica O Ôhmímetro é um instrumento usado para medir a resistência dos componentes do circuito. Além disso, é usado para localizar componentes abertos ou em curto-circuito e determinar a continuidade do circuito. A resistência é indicada numa escala calibrada em Ohms. Na figura abaixo a seguir temos um exemplo de um painel de um Ôhmímetro Analógico. Observe a faixa indicadora de valores de resistência elétrica localizada na parte superior do painel do galvanômetro. A escala de valores de resistência elétrica mostrada no painel do galvanômetro não é linear. Ao contrário da escala de corrente e tensão. 33 Eletrônica Analógica – Prática A não linearidade na escala pode apresentar erro de interpretação de valores médios. Este erro é conhecido por erro de interpolação. Outro erro de interpretação de valores medidos é a chamada erro de paralaxe. Este erro é devido a posição do observador. Para que este tipo de erro seja reduzido, é necessário que o observador veja o “ponteiro” na perpendicular e fazer com que o reflexo do ponteiro no fundo espelhado permita ver apenas um “ponteiro” indicando o valor medido. Na figura a seguir temos exemplo de um circuito básico de um Ôhmímetro série. Um miliamperímetro de 0 –1mA com resistência interna de 200Ω. Os conectores A e B são os pontos onde as pontas de prova são inseridas. O borne A conecta-se a ponta de prova vermelha de polaridade negativa. O borne B conecta-se a ponta de prova preta de polaridade positiva. O miliamperímetro é conectado com um resistor limitador de corrente R2 (2500Ω) e um potenciômetro de 500Ω e uma bateria de 3V. Quando as pontas de prova A e B são curto - circuitada, o circuito fica completo fluindo uma corrente no interior do galvanômetro. O potenciômetro R1 pode ser ajustado para que a resistência total do circuito seja 3000Ω. Sendo a tensão da fonte de 3V e a R total do circuito (R1 + R2 + Rm) de 3KΩ temos uma corrente de 1mA. 34 Eletrônica Analógica – Pratica Essa deflexão máxima do medidor será a marca ZERO do ôhmímetro, onde o R2 serve para o ajuste ZERO. Conectando um resistor de 1000Ω teremos a resistência total de 4000Ω, logo a corrente do circuito será; I= E 3V I= Rt = 4000 = 0,75mA . A posição do ponteiro indicando 0,75mA é a marcação do resistor de 1000Ω (10 Ohms X 100) do ôhmímetro. Esta posição corresponde a 3/4 da deflexão do ponteiro do galvanômetro. Conectando um resistor de 2000Ω entre A e B do instrumento teremos: Rt + 2000Ω, ou seja, 5000Ω, logo a corrente será; I= E 3V I= Rt = 5000 = 0,6mA . Neste caso o ponteiro deflexionará 3/5 da escala onde está indicado a corrente de 0,6mA do galvanômetro, como mostra a linha interrompida na figura. Podemos afirmar que este ponto da escala pode ser calibrado com 2000Ω. Pode ser mostrado igualmente que neste ôhmímetro: 1/2 escala corresponde a 3000Ω 3/8 da escala corresponde a 5000Ω 1/4 da escala corresponde a 9000Ω 1/8 da escala corresponde a 21000Ω Pode-se observar que a tensão de 3V do instrumento dividido pela corrente assinalada na escala do miliamperímetro corresponde ao valor calibrado da resistência medida. Os valores de resistores devem ser lidos entre 1/4 e 3/4 do mostrador do ôhmímetro a fim de evitar erros de leitura de interpolação. O erro de interpolação se caracteriza por aglomeração de valores muitos próximos no inicio e fim da escala do ôhmímetro. 35 Eletrônica Analógica – Prática Quando ocorrerem o erro de interpolação, será necessário mudar de escala de medida que facilite a leitura mais precisa. Ôhmímetro do Módulo EA 02 – Multímetro Analógico (DeLorenzo) Na figura abaixo a seguir está mostrado o circuito básico do ôhmímetro. O galvanômetro terá a corrente máxima quando aplicado uma tensão de 160mV. Resistor R escala funciona como “shunt” alterando a tensão sobre o galvanômetro. Esta tensão depende do valor do resistor R teste, desta forma R escala assume vários valores para que a leitura da resistência de entrada seja mais precisa. Para adequar a tensão de R escala ao galvanômetro é feito um divisor de tensão formado por P1, R14 e R15. 36 Eletrônica Analógica – Pratica Parte experimental 1 – Conectar o bastidor eletrônico (DeLorenzo) na rede elétrica adequada. 2 – Pegar o Módulo EA 02 – Multímetro Analógico (DeLorenzo). 3 – Ajustar a tensão da fonte de alimentação para +5V e conecte ao Módulo 2 – Multímetro Analógico nos bornes indicado por +5V e GND. 4 – Fazer a conexão da escala X10. Conecte cabinho de conexão entre o borne do extremo do P1 ao borne indicado X10. 5 – Manter a entrada Ponta de prova + e ponta de prova – “aberta”. Com auxílio de um multímetro, meça a tensão entre os bornes do resistor R15 (shunt do galvanômetro). Nota: Como a ponta de R teste está “aberta” a tensão sobre o ponto do galvanômetro deverá ser nulo. 6 – Colocar a entrada das pontas de prova + e – em curto com auxílio de um cabinho de conexão. Com auxílio de um multímetro, meça a tensão a tensão entre os bornes do resistor R15 (shunt do galvanômetro). 7 – Manter a entrada R teste em curto. Conecte o voltímetro entre os bornes do resistor R15 (shunt do galvanômetro). Varie o potenciômetro indicado por P1 e observe a tensão nos bornes do resistor R15 (shunt do galvanômetro). 37 Eletrônica Analógica – Prática 8 – Justificar a finalidade do ajuste P1 na corrente do galvanômetro utilizado neste ôhmímetro. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ................................................................................................................................. ...................................................................................................................................... 9 – Conectar o galvanômetro ao ôhmímetro (DeLorenzo) com auxílio de cabinhos, respeitando as polaridades. MEDIDAS DE RESISTENCIA COM OHMÍMETRO 10 – Fazer a conexão da escala X10. Conecte cabinho de conexão entre o borne do extremo do P1 ao borne indicado X10. 11 – Conectar um cabinho preto ao borne indicado por ponta de prova +. Conecte um cabinho vermelho ao borne indicado por ponto de prova -. 12 – Colocar as pontas de prova + e – em curto-circuito e ajuste o potenciômetro P1 até que o ponteiro esteja sobre o zero (ohms) do galvanômetro indicado na escala do ôhmímetro. 13 – Pegar um resistor de 560Ω e conecte a ponta de prova + e – e registre o valor medido. Note-se que a escala utilizada é X10 portando o valor da resistência é o valor marcado no painel X 10. Nota; durante a medição do resistor, não deve segurar com as duas mãos o terminal do resistor. Caso ocorra, a medida da resistência pode ser alterada. Deve-se segurar o terminal com uma das mãos e a outra, segurar a ponta De prova isolada e efetuar a medida do componente. Se a leitura for imprecisa, mude de escala X100 ou X1000 e observe qual escala é mais precisa para a leitura. Sempre que mudar a escala, ajuste o Zero novamente. 14 – Fazer as medições dos demais resistores completando a tabela a seguir. 38 Eletrônica Analógica – Pratica 15 – Selecionar a escala que lhe dê a melhor precisão possível utilizado este ôhmímetro analógico. Anote na tabela conforme o exemplo a seguir. Escala utilizada Valor nominal do resistor (Ω) Valor Ôhmico medido (Ω) X100 Nota: O ôhmímetro utilizado nesta experiência pode não ser precisa. O objetivo desta experiência é conhecer a característica do medidor e adquirir habilidade de como medir a resistência elétrica de um componente com um ôhmímetro analógico. 16 – Concluir a experimentação com as características observadas em um ôhmímetro analógico. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 39 Eletrônica Analógica – Prática 40 Eletrônica Analógica – Pratica EA 02: Multímetro Analógico Medidas de Tensão com Multímetro Analógico Objetivos; 1 – Conhecer as características de um Voltímetro Analógico. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 02 – Multímetro Analógico; - Fonte de tensão ajustável de 0 - 12V; - Multímetro; - Cabinhos de conexão; - Resistores de 4k7Ω, 15KΩ, 27KΩ; - Matriz de pontos par a montagem (Protoboard). Introdução teórica O Voltímetro o é um instrumento usado para medir a tensão elétrica contínua e alternado de um dispositivo ou circuito elétrico. Na figura abaixo a seguir temos um exemplo de um painel de um Voltímetro Analógico. Observe a faixa indicadora de valores de medidas da tensão elétrica localizada no painel do galvanômetro. A faixa destinada para a interpretação dos valores das tensões medidas corresponde a faixas limites de; 10DCV 50DCV 250DCV O valor máximo indicado no painel do galvanômetro para medir tensões corresponde ao seletor de faixa de tensões a ser medido. 41 Eletrônica Analógica – Prática Por exemplo, A escala de valores de resistência elétrica mostrada no painel do galvanômetro não é linear. Ao contrário da escala de corrente e tensão. Caso for escolhido o seletor de faixa de tensão em 10V (fundo de escala). Ao medir a tensão em um circuito, a leitura do valor medido seria a escala de 10V indicado no galvanômetro. Observe o painel do galvanômetro, como a faixa de tensão escolhida (fundo de escala) é a de 10V, a leitura da tensão medida neste caso seria 7,5V. Pode-se observar que a escala de tensão é linear. Voltímetro analógico básico é constituído de um divisor de tensão conectado a um galvanômetro (miliamperímetro ou microamperímetro). Para medir a tensão de um dipolo, conectar a ponta de prova do voltímetro em paralelo com o dipolo, conforme está ilustrado na figura em seguida. Os voltímetros analógicos apresentam impedâncias internas baixas e afetam na precisão das medidas de tensão. A impedância padrão para os voltímetros analógicos são de 20KΩ/volt. 42 Eletrônica Analógica – Pratica Parte experimental 1 – Conectar o bastidor eletrônico (DeLorenzo) na rede elétrica adequada. 2 – Pegar o Módulo EA 02 – Multímetro Analógico e colocar no bastidor. 3 – Localizar os componentes que fazem parte de um voltímetro. 4 – Selecionar a faixa de 10V conectando uma ponta de prova ao borne indicado por “10V”. 5 – Pegar um painel de montagem (protoboard). Montar o circuito da figura a seguir 6 – Ajustar a fonte de tensão DC para 5V e aplicar ao circuito. 7 – Medir as quedas de tensões dos componentes conforme a tabela 1 em seguida. Tabela 1 (escala de 10V) Pontos VCD VBD VAC VAB VBC VAD Tensão 8 – Pegar um multímetro digital e meça as tensões novamente e anote na tabela 2 a seguir. 43 Eletrônica Analógica – Prática Tabela 2 Pontos VCD Tensão VBD VAC VAB VBC VAD ...........V ...........V ...........V ...........V ...........V ...........V 9 – Comparar as medidas realizadas com o voltímetro analógico anotado na tabela 1 com as tensões medidas com o voltímetro digital anotado na tabela 2. Explique no que se deve a causa da diferença de valores medidos na tabela 1 e tabela 2. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 10 – Mudar a faixa de medida de tensão do Voltímetro Analógico para a faixa de 50V. 11 – Medir as quedas de tensões dos componentes conforme a tabela 3 em seguida. Tabela 3 (escala de 50V) Pontos VCD VBD Tensão VAC VAB VBC VAD ...........V ...........V ...........V ...........V ...........V ...........V Pode se dizer que a precisão de medidas de tensão é precisa quando a faixa de fundo de escala é próxima do valor da tensão a ser medida? ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 12 – Concluir a experimentação descrevendo as características de um voltímetro analógico. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 44 Eletrônica Analógica – Pratica EA 02: Multímetro Analógico Medidas de Corrente com Multímetro Analógico Objetivos; 1 – Conhecer as características de um amperímetro analógico. 2 – Medir a corrente de circuito elétrico com amperímetro analógico. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 02 – Multímetro Analógico; - Fonte de tensão ajustável de 0 - 12V; - Multímetro; - Cabinhos de conexão; - Resistores de 270Ω; 560Ω; 1KΩ; 15KΩ, 27KΩ, 47KΩ; - Matriz de pontos par a montagem (Protoboard). Introdução teórica O Amperímetro o é um instrumento usado para medir a corrente elétrica contínua e alternado de um dispositivo ou circuito elétrico. O amperímetro analógico é constituído de um galvanômetro (microamperímetro). O desvio de corrente sobre um resistor shunt flui pelo galvanômetro. A escala é ajustada para a corrente de fundo de escala para uma corrente que flui pelo galvanômetro e pelo resistor de shunt . Para medir a corrente do circuito deve-se abrir o circuito elétrico e inserir o miliamperímetro com as polaridades corretas A inversão da polaridade provoca o desvio inverso do ponteiro do galvanômetro podendo danificá-lo. 45 Eletrônica Analógica – Prática Parte experimental 1 – Conectar o bastidor eletrônico (DeLorenzo) na rede elétrica adequada. 2 – Pegar a placa 02 – Multímetro Analógico (KIT DeLorenzo). 3 – Localizar os componentes que fazem parte de um miliamperímetro no modulo. 4 – Conectar os resistores “shunt” do miliamperímetro ao galvanômetro ligando o borne amarelo com o vermelho e preto com o preto indicado por Galvanômetro. 5 – Montar o circuito da figura a seguir sobre o protoboard para efetuar a medição da corrente. 6 – Conectar a ponta de prova vermelha no borne indicado por 0,5mA e a ponta prova preta no borne indicado pelo sinal negativo. 46 Eletrônica Analógica – Pratica 7 – Medir as correntes do circuito e anotar na tabela 1 a seguir. Tabela 1 I total ....................mA I R1 I R2 I R3 ....................mA ....................mA ....................mA 8 – Fazer a associação dos resistores do circuito determinando a resistência equivalente total. R total = ______________ Ω 9 – Determinar a corrente total do circuito. I total = __________mA Comparar a corrente medida com a calculada. Pode-se afirmar que a corrente medida com o amperímetro é praticamente a mesma? ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... Caso haja diferença apreciável, escreva as causas que proporcionaram os erros de medida. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 10 – Mudar a faixa de medida de corrente para a faixa indicada por 50mA. 11 – Medir as correntes do circuito com o miliamperímetro na faixa de 50mA. 47 Eletrônica Analógica – Prática Anotar as correntes na tabela 2 em seguida. Tabela 2 I total ....................mA I R1 I R2 I R3 ....................mA ....................mA ....................mA Pelas medidas efetuado o que se pode dizer sobre a sensibilidade do miliamperímetro. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 12 – Explicar por que a indicação do microamperímetro no circuito não corresponde exatamente a corrente no resistor. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 13 – Concluir a experimentação descrevendo as características do miliamperímetro analógico. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 48 Eletrônica Analógica – Pratica EA 03: RLC/Filtros Passivos Circuito RC série em CA Objetivo; 1 – Determinar experimentalmente os parâmetros de um circuito RC série em CA. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 03 – RLC/Filtros Passivos; - Osciloscópio de duplo traço; - Gerador de funções; - Cabinhos de conexão. Introdução teórica CIRCUITO RC SÉRIE EM CA O circuito RC série em CA é muito aplicado em equipamentos industriais como forma de obter tensões CA defasadas. Por esta razão este circuito é também denominado de rede de defasagem. Na figura a seguir temos os gráficos senoidal e vetorial de um circuito RC série. No gráfico vetorial apresentado na figura (b) o vetor VT representa a tensão total aplicada a rede RC. Por este gráfico se observa que a tensão sobre o resistor está defasada de um ângulo ϕ da tensão aplicada e a tensão no resistor está defasada de um ângulo α. Tomando-se a tensão de saída da rede RC sobre o resistor ou capacitor pode-se obter uma tensão adiantada ou atrasada em relação à tensão aplicada. Na figura a seguir temos as situações de ângulos de defasagem VS = VR 49 Eletrônica Analógica – Prática Vs adiantada de ϕ graus em relação ao VT. Na figura a seguir temos as situações de ângulos de defasagem VS= VC. Vs atrasada α graus em relação a VT. O ângulo de defasagem entre as tensões depende: • Freqüência da CA. • Resistência do resistor • Capacitância do capacitor Esta defasagem não depende da tensão aplicada ao circuito RC série. A seguir temos as equações para a determinação dos parâmetros de um circuito RC série em CA. Impedância (Z) Z = R 2 + XC 2 Corrente (I) I = VT Z ou I= VR R Tensão total (VT) VT = VR 2 + VC 2 Ângulo ϕ = arc cos = R Z ou cos α = α = arc cos = VR VT ou cos α = VR VT XCΩ é a reatância do capacitor (tensão e corrente); XCΩ = XCf é a reatância do capacitor (freqüência e capacitância); Z é a impedância total do circuito RC; Z = 50 VG I R Z VC I XCf 1 2πfc Eletrônica Analógica – Pratica Parte experimental Nota: Nesta experiência será caracterizado o circuito RC série. Serão medidas tensões e correntes para vários valores de freqüência do gerador. Será verificada a defasagem entre tensão e corrente do circuito. As correntes do circuito serão medidas de forma indireta sobre o resistor que atravessa a corrente do circuito. 1 – Conectar o bastidor eletrônico (DeLorenzo) na rede elétrica adequada. 2 – Pegar o Módulo EA 03 – RLC/Filtros Passivos e localizar o circuito a seguir. 3 – Interligar o circuito RC com auxílio de cabinhos de conexão conforme a figura a seguir. 4 – Conectar o gerador de funções na entrada do circuito, um sinal senoidal na freqüência de 10kHz e amplitude de 4Vpp. 5 – Ajustar a base de tempo (Time/Div) do osciloscópio em 1ms. 6 – Conectar a ponta do osciloscópio sobre o resistor conforme a figura mostrada no item 3. Medir a tensão sobre o resistor R1 e a tensão do capacitor C1 de acordo com a freqüência do sinal registrando na tabela a seguir. Fazer a medição simultânea da tensão VR e VC anotando na tabela. Para medir a tensão no capacitor C1, mantenha a ponta de prova positiva no 51 Eletrônica Analógica – Prática ponto B e mova a ponta negativa para o ponto A e para medir a tensão sobre R1, mova a referencial terra para o ponto indicado C, conforme está mostrado na figura a seguir. 7 – Completar as colunas de VC e VR alterando a freqüência do circuito conforme está indicado na tabela 1. Tabela 1 Freqüência (Hertz) 200 300 400 VR (V) VC (V) I (µA) XcΩ (KΩ) Xcf (KΩ) Z (KΩ) 500 600 700 800 900 1000 3000 4000 5000 8 – Calcular os demais valores e completar a tabela. Usar as equações abaixo a seguir. Onde: VG = tensão do gerador VC = tensão sobre o capacitor VR = tensão sobre o resistor F = freqüência do gerador I é a corrente no circuito; I= VR R XCΩ é a reatância do capacitor (tensão e corrente); XCΩ = XCf é a reatância do capacitor (freqüência e capacitância); 52 VC I XCf = 1 2πfc Eletrônica Analógica – Pratica Z é a impedância total do circuito RC; Z= VG I 9 – Traçar o gráfico de Impedância (Z) do circuito RC em função da variação da freqüência. 10 – Concluir a experimentação descrevendo a características observadas em um circuito RC em CA. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 53 Eletrônica Analógica – Prática 54 Eletrônica Analógica – Pratica EA 03: RLC/Filtros Passivos Circuito RLC paralelo em CA Objetivos; 1 – Analisar experimentalmente Circuito RLC paralelo em CA. 2 – Observar o efeito de ressonância em circuito RLC paralelo em CA. 3 – Traçar o gráfico da curva característica do circuito ressonante paralelo. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 03 – RLC/Filtros Passivos; - Osciloscópio de duplo traço; - Gerador de funções. Introdução teórica O filtro passivo passa-faixa seleciona sinais de freqüências entre freqüência de corte inferior (fc1) e superior (fc2). Na figura a seguir está mostrado um circuito ressonante RLC paralelo passa-faixa e o gráfico da curva característica do circuito. O filtro passivo passa-faixa LC funcionam relacionado com o fenômeno de ressonância. Para determinar a freqüência de ressonância (fr) do circuito RLC emprega-se a seguinte expressão matemática; fr = 1 2π L ⋅ C Este tipo de circuito é utilizado como forma de selecionar freqüências em equipamentos da área de telecomunicações. 55 Eletrônica Analógica – Prática Parte experimental 1 – Conectar o bastidor eletrônico (DeLorenzo) na rede elétrica adequada. 2 – Pegar o Módulo EA 0 3 – RLC/Filtros Passivos e localizar os componentes mostrados na figura a seguir. 3 – Conectar o circuito RLC usando os cabinhos de conexão conforme está mostrado na figura a seguir. 4 – Calcular a freqüência de ressonância do circuito utilizando os seguintes dados; C = 100nF e L = 1000µH. Freqüência de ressonância = _____________Hertz. 5 – Conectar o gerador de funções na entrada do circuito aos bornes indicados por B1 e B17. 6 – Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio na saída do circuito aos bornes indicados por B16 e B18 conforme está mostrado na figura do item 3. 7 – Ajustar a amplitude do sinal do gerador para 6Vpp e freqüência do sinal em 5KHz. Medir a tensão de saída Vs com auxílio de osciloscópio (canal 1) , sobre o resistor R4 ao borne indicado por B16 e B18. Registrar o valor medido na tabela 1 a seguir. Depois meça a tensão VR sobre o resistor R1 (1K). Meça Vs e VR1 56 Eletrônica Analógica – Pratica simultaneamente movendo a ponta de prova de terra. Observar a figura a seguir, de como medir a tensão sobre o resistor R1 (1kΩ) com a ponta de prova do osciloscópio. 8 – Ajustar os valores da freqüência do sinal mostrado na tabela. Meça a tensão Vs e VR completando a tabela. Tabela 1 Freqüência (Khertz) 5 8 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 25 30 35 40 Vs(V) VR (V) I (mA) Z (KΩ) 45 50 Nota; Não preencher a área em negrito. 57 Eletrônica Analógica – Prática 9 – Calcular a corrente I e a impedância Z do circuito completando a coluna da tabela 1. Usar as seguintes expressões; I= VR R e Z= VG I 10 – Traçar o gráfico da curva característica do circuito ressonante paralelo na folha a seguir com os dados das medidas das tensões Vs de saída do circuito e com os valores das freqüências. 11 – Fazer a conclusão da experiência descrevendo as características de impedâncias do circuito RLC paralelo na ressonância e fora de ressonância. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 58 Eletrônica Analógica – Pratica EA 03: RLC/Filtros Passivos Circuito RLC série em CA Objetivos; 1 – Observar as características do filtro RLC série. 2 – Traçar o gráfico do filtro ressonante RLC série. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 03 – RLC/Filtros Passivos; - Osciloscópio de duplo traço; - Gerador de funções; - 1 Resistor de 1kΩ; - Multímetro. Introdução teórica O circuito RLC série em CA é utilizado principalmente para a seleção de freqüências. A seleção de freqüências baseia-se fundamentalmente na ressonância e na faixa de passagem do circuito ressonante. O circuito ressonante serie, a faixa de passagem apresenta as menores impedâncias. A medida em que a freqüência se afastada faixa de passagem a impedância do circuito aumenta. A equação para determinar a freqüência de ressonância é dada pela seguinte expressão matemática. fr = 1 2π L ⋅ C 59 Eletrônica Analógica – Prática Parte experimental 1 – Conectar o bastidor eletrônico (DeLorenzo) na rede elétrica adequada. 2 – Pegar o Módulo EA 03 – RLC/Filtros Passivos e localizar o circuito a seguir. 3 – Conectar ao circuito um resistor de 1KΩ (ou o potenciômetro do bastidor) em série com o circuito com auxílio de cabinhos de conexão conforme está mostrado na figura a seguir. 4 – Conectar o gerador de funções na entrada do circuito. Ajuste a freqüência do gerador para 10kHz e amplitude de 4Vpp. 5 – Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio ao borne indicado B13 e o referencial de terra no borne indicado por B18. Medir simultânea de VL e VC. Mantenha a ponta de prova no borne indicado B13. Mova a ponta de prova negativa (terra) ao ponto indicado B2 para medir a tensão do capacitor C2. Para medir a tensão sobre a bobina L1, basta mover a ponta de prova terra ao borne indicado por B18. 6 – Medir a tensão sobre o indutor L e a tensão sobre o capacitor C. Complete a coluna VR (V) e VC (V) de acordo com a freqüência indicada na tabela 1. 60 Eletrônica Analógica – Pratica Verificar periodicamente a tensão de entrada e manter a amplitude do sinal em 4Vpp. Tabela 1 Freqüência (Khz) 10 15 VL (V) VC (V) XC (Ω) XL (Ω) 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 35 40 45 50 60 80 100 61 Eletrônica Analógica – Prática 7 – Completar a coluna da tabela 1 com os valores de XC e XL através de cálculos teóricos. Em que freqüência as tensões de VL e VC são aproximadamente iguais? Freqüência = ___________________ Hertz 8 – Conferir a coluna XC e XL onde os seus valores conferem com o enunciado da sua freqüência de ressonância, ou seja, XL = XC. Anotar a freqüência de ressonância do circuito RLC série. Freqüência (XL = XC) = ___________________ Hertz 9 – Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio na saída do circuito, ao ponto indicado B2 e o referencial de terra ao borne indicado por B18. 10 – Ajustar a freqüência do gerador de funções para os valores indicados na tabela 2. Meça as tensões de acordo com a freqüência indicada anotando na tabela 2 a seguir. Tabela 2 Freqüência (Khz) 15 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 30 40 60 Vs (Volts) 11 – Traçar um gráfico da curva característica do circuito ressonante RLC série com os dados levantados na tabela 2. 62 Eletrônica Analógica – Pratica 12 – Fazer um breve comentário sobre as características do circuito ressonante RLC série. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 63 Eletrônica Analógica – Prática 64 Eletrônica Analógica – Pratica EA 03: RLC/Filtros Passivos Medidas de ângulo de fase de capacitor em CA. Objetivos; 1 – Observar a defasagem entre a corrente e tensão em um capacitor em CA. 2 – Determinar o ângulo de fase entre tensão e corrente num circuito RC em CA por meio de figuras de Lissajous. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 03 – RLC/Filtros Passivos; - Multímetro digital; - Osciloscópio de duplo traço; - Gerador de funções; - 1 Resistor de 56Ω (sem o bastidor); - 1 Potenciômetro de 1kΩ; - 1 Potenciômetro de 10kΩ; - Cabinhos de conexão. Introdução teórica Medição de ângulo de fase de um capacitor em CA com Osciloscópio Quando a carga puramente resistiva é aplicada a uma fonte de tensão CA, se observam dois aspectos; • Tensão e corrente no resistor estão em fase. • A queda de tensão e proporcional a corrente circulante (o que também acontece em CC.) O comportamento da tensão e corrente em um circuito ou componente puramente resistivo pode ser expresso por meio de gráficos senoidal ou vetorial. A medida de ângulo de fase pode ser feita com osciloscópio de duplo traço, a relação de fase é medida com o auxílio das divisões horizontais na tela. Figuras de Lissajous Quando se usa um osciloscópio aplica-se o sinal na entrada 1 e outra na entrada 2 e posiciona-se a chave seletora da base de tempo em X – Y. É necessário que a amplitude vertical e horizontal da figura projetada na tela seja a mesma. 65 Eletrônica Analógica – Prática Dispondo-se da figura na tela aplica-se a seguinte equação; A figura a seguir mostra um exemplo de como obter os valores de Yo e Xm a partir da figura de lissajous projetada na tela de um osciloscópio. Θ = arcsen Yo Xm Θ = arcsen Exemplo; Yo = 1,6 e Xm = 2,6 ⇒ 1,6 2,6 ⇒ θ = arc sen 0,6153 = 37,97 graus É importante que a amplitude dos sinais mostrados na tela do osciloscópio sejam a mesma nos dois canais para obter a figura de lissajous. 66 Eletrônica Analógica – Pratica Parte experimental 1 – Conectar o bastidor eletrônico (DeLorenzo) na rede elétrica adequada. 2 – Pegar o Módulo EA 03 – RLC/Filtros Passivos e localizar o circuito a seguir. 3 – Ajustar a resistência do potenciômetro de 1kΩ localizado ao lado direito do bastidor para um valor de 56Ω . O resistor de 56Ω será usado como sensor de corrente do circuito. Nota: A corrente circulante no resistor é a mesma ao da corrente do capacitor. A tensão e corrente no resistor estão em fase. O resistor serve para converter a corrente em tensão para que possa ser visualizado a “corrente” do capacitor na tela do osciloscópio. 4 – Conectar o resistor de 56Ω no circuito conforme está mostrado na figura a seguir. 5 – Conectar o gerador de funções na entrada do circuito. Selecione a forma de onda Senoidal. Ajuste a freqüência para 1kHz e 6Vpp. 6 – Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio ao borne indicado por B2 67 Eletrônica Analógica – Prática e o referencial de terra ao borne B17 , e a ponta de prova do canal 2 do osciloscópio ao borne indicado por B6 e o referencia de terra ao borne indicado por B17, conforme está mostrada na figura do item 4. 7 – Ajustar as entradas (Volt/Div) dos dois canais para que as amplitudes de seus sinais ocupem a mesma quantidade de divisões vertical mostrada na tela do osciloscópio. Não importa que a sensibilidade (Volt/Div) seja diferente. 8 – Ajustar a base de tempo (Time/Div) para 0,2ms e observe os dois sinais na tela do osciloscópio. 9 – Desconectar a ponta de prova do canal 2 do osciloscópio sobre o resistor de 56Ω (ou potenciômetro). Em seguida conecte novamente a ponta de prova do canal 2 ao sensor de corrente observando a posição do sinal. Este sinal (corrente) está adiantado de aproximadamente 90° da tensão medida no capacitor. 10 – Desenhar os dois sinais senoidais com suas respectivas defasagens projetados na tela do osciloscópio no espaço a seguir. 11 – Medir o ângulo de fase dos dois sinais (corrente e tensão no capacitor) projetados na tela do osciloscópio. Ângulo de fase = _____________ graus 68 Eletrônica Analógica – Pratica Determinação de ângulo por meio de figuras de lissajous 12 – Montar o circuito da figura abaixo a seguir. 13 – Conectar o potenciômetro de 10kΩ ao circuito. 14 – Ajustar o potenciômetro para 2KΩ, mude a base de tempo novamente para 0,2ms. Reajustar a amplitude dos sinais para que ambas ocupem as mesmas divisões na tela do osciloscópio. Não importa que as sensibilidades de entradas sejam diferentes. 15 – Posicionar a base de tempo para X-Y e observe a figura de Lissajous. Desenhe-o no espaço a seguir. 16 – Por meio de a equação a seguir determine o ângulo de fase do sinal. Θ = arcsen Yo Xm A defasagem da corrente e tensão são de = ___________ graus 17 – Ajustar o potenciômetro para 5kΩ, mude a base de tempo novamente para 69 Eletrônica Analógica – Prática 0,2ms e reajuste os sinais para que a amplitude de ambas seja igual. 18 – Posicionar a base de tempo para X-Y e observe a figura de Lissajous. Posicionar a figura no centro da tela. Desenhe-o no espaço a seguir. 19 – Determinar o ângulo de fase do sinal através da equação. A defasagem da corrente e tensão são de = ___________ graus 20 – Qual a observação feita em relação a defasagem entre as tensões do resistor em relação à tensão do capacitor quando aumentamos o valor da resistência f em série com o capacitor? ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... 21 – Fazer a conclusão da experimentação. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 70 Eletrônica Analógica – Pratica EA 03: RLC/Filtros Passivos Reatância Capacitiva Objetivos; 1 – Verificar experimentalmente as características do capacitor em CA. 2 – Determinar experimentalmente a reatância capacitiva. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 03 – RLC/Filtros Passivos; - Osciloscópio de duplo traço; - Gerador de funções; - Multímetro; - 1 capacitor de 100nF; - 1 resistor de 56Ω; - Cabinhos de conexão. Introdução Teórica Um capacitor ao ser conectado em CA apresenta uma oposição a passagem da corrente, denominada Reatância Capacitiva (Xc) que pode ser determinada a partir da equação. Xc = 1 2⋅π⋅f ⋅C A tensão eficaz, reatância capacitiva e corrente eficaz em um circuito se relacionam conforme a lei de Ohm. Estes três valores estão relacionados entre si nos circuitos CA da mesma forma que nos circuitos CC, por meio da LEI DE OHM. Para determinar a corrente CA, aplicase a lei de Ohm. 71 Eletrônica Analógica – Prática Parte experimental 1 – Conectar o bastidor eletrônico (DeLorenzo) na rede elétrica adequada. 2 – Colocar o Módulo EA 03 – RLC/Filtros Passivos, no bastidor eletrônico. 3 – Procurar o componente (capacitor C2 de 47nF) na placa 3 – RLC/Filtros Passivos. 4 – Conecte um resistor de 56Ω no circuito conforme mostra a figura a abaixo. (Bastidor DeLorenzo) - Ajuste o potenciômetro de 1kΩ, entre o borne C (cursor) e o terminal B para um valor de 56Ω de resistência, para utilizar como sensor de corrente do circuito. 5 – Fazer as conexões do circuito com auxílio de cabinhos, faça a ligação do circuito conforme o esquemático a seguir. 6 – Conectar o gerador de funções na entrada do circuito. Ajuste o gerador de funções para 800Hz e tensão de saída para 6Vpp. Nota: O resistor RX de 56Ω Ω, potenciômetro de 1kΩ Ω do bastidor ajustado em 56Ω Ω funciona como sensor de corrente, serve para medir indiretamente a corrente do capacitor por meio de cálculo (Lei de Ohm). O valor deste resistor deve ser baixo (abaixo de 56Ω Ω) em relação a reatância capacitiva do capacitor para não alterar consideravelmente a corrente do circuito. 72 Eletrônica Analógica – Pratica 7 – Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio ao ponto indicado pelo borne B6 (C) e a ponta negativa ao borne indicado B17 (B) circuito para medir a tensão no sensor de corrente RX. 8 – Ajustar sensibilidade da entrada (Time/Div) para que possa visualizar o sinal no sensor de corrente. Com auxílio de osciloscópio, meça a tensão e registre o valor medido no quadro abaixo a seguir. Tensão VRX (mV) (Sensor de corrente) Corrente IRX (Corrente do capacitor) (mA) ...................................mV .......................................mA 9 – Calcular a corrente IRX aplicando a lei de Ohms e completar o quadro. Nota: Como a corrente e a tensão no resistor RX estão em fase, podemos afirmar que a corrente que circula no resistor é a mesma que circula no capacitor, ou seja, a corrente IRX é a corrente do capacitor. 10 – Calcular a reatância capacitiva do capacitor (Xc) com base na corrente medida. Lembrar-se que a tensão aplicada sobre o capacitor, VG é de 6Vpp. Xc = VG Ipp Reatância capacitiva (Xc) calculada = __________________Ω 11 – Determinar o valor do capacitor a partir dos dados da reatância capacitiva calculada. Xc = 1 2⋅π⋅f ⋅C C= onde 1 2 ⋅ π ⋅ f ⋅ Xc 73 Eletrônica Analógica – Prática Capacitância do Circuito Corrente IRX (Corrente do capacitor) (mA) 47nF ..........................mA 12 – Comparar o valor da capacitância obtida experimentalmente com o valor nominal marcado no corpo do capacitor. O valor calculado pode ser considerado correto? Justificar a resposta. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 13 – Ajustar a freqüência do gerador para 1600Hz e mantenha a tensão de 6Vpp na saída do gerador. Meça a tensão em RX e registre o valor medido no quadro abaixo a seguir. Tensão VRX (mV) (Sensor de corrente) Corrente IRX (Corrente do capacitor) (mA) __________________mV ________________ mA 14 – Calcular a corrente IRX aplicando a lei de Ohm e complete o quadro. 15 – Que característica pode ser observada na corrente, quando aumenta a freqüência aplicada ao circuito capacitivo? ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... Justificar a resposta do item 15. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 16 – Calcular a reatância capacitiva do capacitor (Xc) com base na corrente medida no item 14. Xc = 74 VG Ipp Reatância capacitiva (Xc) calculada = _______________Ω Eletrônica Analógica – Pratica 17 – Que característica se observa na reatância capacitiva (Xc) de um capacitor quando se aumenta a freqüência do sinal? ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 18 – Que característica do Capacitor em CA, se tem observado nesta experimentação, quando se altera a freqüência. Fazer a sua conclusão. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 19 – Reajustar novamente a freqüência do gerador para 800Hz. Manter a tensão de 6Vpp na entrada do circuito. 20 – Conectar o capacitor de 100nF em paralelo com o circuito utilizando cabinhos de conexão (capacitor localizado no painel eletrônico DeLorenzo). 21 – Conectar a ponta de prova do osciloscópio nos pontos indicados C e B. Meça a tensão do sensor RX. Calcule a corrente IRX aplicando a lei de Ohm. Tensão VRX (mV) (Sensor de corrente) Corrente IRX (Corrente do capacitor) (mA) __________________mV ________________ mA 22 – Que característica se observa na corrente do circuito, quando a capacitância do circuito aumenta? ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 75 Eletrônica Analógica – Prática 23 – Calcular a reatância capacitiva do capacitor (Xc) com base na corrente medida. Lembre-se que a tensão aplicada sobre o capacitor, VG é de 6Vpp. Xc = VG Ipp Reatância capacitiva (Xc) calculada = ________________Ω 24 – Comparar o valor da reatância capacitiva encontrada no item 10, com capacitor de 47nF e 800Hz, com a associada de 147nF do circuito montado no item 20 operando na mesma freqüência. O que se pode afirmar nesta comparação? ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 25 – Que característica do Capacitor em CA, se tem observado nesta experimentação, quando na variação de freqüência e variação da capacitância do capacitor? ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 26 – Concluir a experimentação. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 76 Eletrônica Analógica – Pratica EA 04 : Transformadores Monofásicos Tapeamento de Transformadores Monofásicos Objetivos; 1 – Reconhecer as características de um transformador monofásico. 2 – Identificar os terminais de um transformador. 3 – Observar o transformador como redutor e elevador de tensão. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 04 – Transformadores; - Multímetro; - Cabinhos de conexão. Introdução teórica Transformador O transformador é um dispositivo que permite rebaixar ou elevar os valores de tensões ou correntes CA de um circuito. Os transformadores para tensões de entrada em 110V e 220V podem ter dois, três ou quatro fios no primário, conforme está mostrado na figura 1 e 2. As figuras a seguir mostram as formas de ligações de cada tipo de transformadores em 110V e 220V. Na figura abaixo está mostrada a conexão para a tensão VCA para 110VCA ou para a tensão de 220VCA. 77 Eletrônica Analógica – Prática Parte experimental 1 – Conectar o bastidor eletrônico (DeLorenzo) na rede elétrica adequada. 2 – Pegar o módulo 4 – Transformadores colocar no bastidor. 3 – Desenhar o símbolo gráfico dos transformadores da placa com seus respectivos terminais. a) Transformador 1 b) Transformador 2 4 – Medir a resistência ôhmica entre cada par de enrolamentos do transformador 1. 78 Eletrônica Analógica – Pratica Nota: Normalmente um transformador de rede, redutor de tensão, o enrolamento do primário tem a resistência ôhmica mais alta que o enrolamento do secundário, isto devido ao número de espiras e a espessura do fio. 5 – A medida de maior resistência ocorre entre os fios extremos do enrolamento primário do transformador de força? ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 6 – Medir a resistência de isolamento entre o enrolamento P1 e S1. Use a escala mais alta do ôhmímetro. Resistência de isolamento = _________________Ω 7 – Medir a resistência ôhmica de cada par de enrolamentos do transformador 2. É possível identificar o enrolamento do primário de um transformador de força (rede elétrica) por meio de medidas de resistência (resistência do fio) d o enrolamento? Justifique a sua resposta. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... Transformador redutor de tensão 8 – Conectar o transformador 1 indicado por 110V e 24V 250mA na rede elétrica de 110V conforme mostra a figura a seguir. Cuidado para não conectar o enrolamento S1 e S2 (24V) na rede elétrica. 79 Eletrônica Analógica – Prática Tome cuidado ao conectar o transformador na rede elétrica, observe se os cabos de conexão não estão soltos, a fim de evitar choques elétricos. 9 – Medir as tensões dos enrolamentos (primário de secundário). Certifique se a opção de medida da tensão e a escala estão correta. Anote as medidas no quadro a seguir. V primário (P1 e P2) ____________Volts V secundário (S1 e S2 ) ____________Volts 10 – Explicar qual a razão da presença da tensão no enrolamento do secundário, já que há uma resistência elétrica alta de isolamento entre o enrolamento do primário e secundário do transformador. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... Transformador elevador de tensão 11 – Desconectar o transformador 1 de 110V e 24V 250mA da rede elétrica. 12 – Pegar o transformador 2. Faça a conexão dos bornes indicados por S2 e S3 de tal forma que possa aplicar uma tensão de 24V entre os terminais S1 e S4 de seu enrolamento conforme está mostrado na figura a seguir. 80 Eletrônica Analógica – Pratica 13 – Conectar o borne indicado por S1 do secundário do transformador 1 ao borne indicado por S1 do transformador 2. Conectar o borne indicado por S2 do transformador 1 ao borne indicado por S4 do transformador 2 conforme está ilustrado no item 13. Nota; É considerado enrolamento primário aquele que vai conectado a rede VCA que fornece a energia elétrica de tensão específica. Confira cuidadosamente as conexões do circuito antes de conectá-lo a rede elétrica. 14 – Conectar o transformador 1 de 110V e 24V 250mA a rede elétrica. Com auxílio de um multímetro e meça as tensões VCA dos enrolamentos e anote no quadro a seguir. Tensão no enrolamento do Primário (S1 e S4) Tensão no enrolamento do Secundário 1 (P1 e P2) Tensão no enrolamento do Sescundário 2 (P3 e P4) __________Volts __________Volts __________Volts 15 – Observar a elevação da tensão no enrolamento do secundário (P1 e P2) do transformador 2 em relação a tensão a tensão aplicada na entrada dos bornes indicadas por S1 e S4. 16 – De acordo com as características observadas na experimentação com transformador, faça a sua conclusão validando a teoria. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 81 Eletrônica Analógica – Prática 82 Eletrônica Analógica – Pratica EA 05: Diodos/Fonte DC Curva característica do diodo Objetivos; 1 – Verificar a condição do diodo semicondutor. 2 – Analisar as condições de condução e bloqueio do diodo em CC. 3 – Traçar a curva característica do diodo semicondutor. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 05 – Diodos/Fonte DC; - Fonte de tensão ajustável de 0 – 30V; - Multímetro. Introdução teórica Diodo O diodo é um componente fabricado com material semicondutor, cuja característica é de se comportar como condutor ou isolante, dependendo da polaridade da tensão aplicada aos seus terminais. O comportamento do diodo semicondutor é apresentado em curva característica, conforme mostra a figura a seguir. 83 Eletrônica Analógica – Prática Parte experimental 1 – Conectar o bastidor eletrônico (DeLorenzo) na rede elétrica adequada. 2 – Identificar Módulo EA 05 – Diodos/Fonte DC o circuito de a figura a seguir. 3 – Pegar o multímetro e selecione a opção Diodo, faixa de medidas de resistência do Ohmímetro. 4 – Medir a resistência elétrica do diodo D1 conectando a ponta de prova do Ohmímetro, entre B2 e B5 e anote a seguir. Resistências (Ω) __________Volts Condução Bloqueio 1N4007 ______________ Ω ______________ Ω 5 – A medida de resistência entre os terminais de um diodo possibilitaria a identificação do catodo e anodo? ...................................................................................................................................... Explique a sua resposta. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... É possível verificar as condições do diodo semicondutor (aberto ou curto) com auxílio de um ôhmímetro? ...................................................................................................................................... Polarização direta do diodo 6 – Fazer a ligação do circuito da figura a seguir com auxílio de cabinhos de conexão. 84 Eletrônica Analógica – Pratica 7 – Conectar a fonte de tensão ajustável na entrada do circuito. 8 – Medir a tensão VD (sobre os terminais do diodo) com auxílio de multímetro na opção de Volts (escala de 2V), meça a tensão VD entre os bornes indicados B2 e B5 do diodo ajustando a tensão de entrada para o valor indicado na tabela 1 a seguir. 9 – Medir a corrente elétrica ID conectando o miliamperímetro em série com o circuito conforme está mostrado a figura no item 7 e registre-o na tabela 1 a seguir. Tabela 1 Tensão VD (mV) 250mV 300mV 400mV 500mV 600mV 680mV 700mV 720mV 730mV Corrente ID (mA) 10 – Observar as medidas de correntes anotadas na tabela 1. Pode se afirmar que o diodo começa a conduzir na polarização direta a partir de que tensão? ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... Anotar a tensão mínima e máxima de condução do diodo na polarização direta. Vd mínima = ___________mV Vd máxima = _____________mV Polarização inversa do diodo 11 – Montar o circuito da figura a seguir. 85 Eletrônica Analógica – Prática Para polarizar o diodo inversamente inverta a tensão da fonte conforme está mostrado no diagrama elétrico do item 12. 12 – Conectar a fonte ajustável na entrada do circuito de forma a manter o diodo polarizado inversamente conforme está mostrado na figura. 13 – Ajustar a tensão de entrada (fonte ajustável do bastidor) até obter a tensão inversa sobre o diodo (VR) conforme segue a tabela. Meça a corrente IR (escala de microamper). Registre-o na tabela 2 a seguir. Nota: A corrente reversa do diodo é da ordem de microamperes. No caso deste diodo (1N4001), a tensão nominal de trabalho é de 100V e o efeito avalanche só iniciará a partir desta tensão. Tabela 2 Tensão VR (V) 0V - 5V -10V -15V -20V -25V -30V -35V Corrente ID (mA) 14 – Utilizar os dados das tabelas do item 9, 14 e traçar um gráfico da curva característica da condução e bloqueio do diodo semicondutor (1N4001). 86 -40V Eletrônica Analógica – Pratica 15 – Concluir a experimentação descrevendo as características de condução e bloqueio do diodo semicondutor na polarização direta e inversa. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 87 Eletrônica Analógica – Prática 88 Eletrônica Analógica – Pratica EA 05: Diodos/Fonte DC Característica do diodo zener Objetivos; 1 – Traçar a curva característica do diodo zener. 2 – Analisar o comportamento do diodo zener como regulador de tensão. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 05 – Diodos/Fonte DC; - Osciloscópio de duplo traço; - Fonte de tensão ajustável de 0 – 12VDC; - Multímetro; - Cabinhos de conexão. Introdução teórica Um circuito regulador de tensão com diodo zener se compõem de um resistor limitador e um diodo zener. O diodo é polarizado inversamente para atuar como regulador de tensão. A carga a ser alimentada pelo circuito regulador é conectada em paralelo com o diodo zener. Por meio da variação de corrente zener, as modificações na tensão de entrada são absorvidas pelo resistor limitador e as variações da corrente de carga são compensadas pela modificação na corrente do diodo zener. A tensão fornecida para a entrada do circuito regulador deve ser maior que a tensão regulada necessária à saída. A regulação baseia-se na variação automática da corrente que circula no diodo zener. 89 Eletrônica Analógica – Prática Parte experimental 1 – Conectar o bastidor eletrônico (DeLorenzo) na rede elétrica adequada. 2 – Pegar o módulo EA 05 – Diodos/Fonte DC e localizar os componentes do circuito a seguir. 3 – Fazer as ligações do circuito regulador com auxílio de cabinhos de conexão conforme o diagrama esquemático a seguir. 4 – Conectar o pólo positivo da fonte de tensão ajustável ao borne indicado por B21 e o pólo negativo ao borne indicado por B19. 5 – Ajustar a tensão da fonte VCC para as tensões VZ indicadas na tabela. Conectar o miliamperímetro em série com o circuito entre os bornes B21 e ao borne +15V da fonte DC, conforme a figura mostrada no item 3. Medir a corrente IZ e registre-o na tabela. Nota: A corrente IZ que circula no resistor limitador é a mesma, pelo fato de o diodo não estar conectado a uma carga. 90 Eletrônica Analógica – Pratica 6 – Determinar os valores pedidos de acordo com as anotações feitas na tabela 1. 7 – Escrever o que vem a ser a chamada tensão de “joelho” de um regulador de tensão zener. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 8 – Traçar o gráfico da curva característica do diodo zener com os dados anotados na tabela 1. 91 Eletrônica Analógica – Prática Regulador zener com carga 9 – Montar o circuito regulador com carga de a figura a seguir. 10 – Ajustar a tensão da fonte DC para +12V. Conecte o pólo positivo ao borne indicado por B21 e o pólo negativo ao borne indicado por B19. 11 – Conectar a carga de 470Ω (R5) ao circuito regulador conforme está mostrado na figura. Conecte o miliamperímetro em série com o resistor R3 (220Ω) e medir a corrente IRX e anotar o valor da corrente no quadro a seguir. 12 – Medir a tensão sobre o diodo zener VZ e anote no quadro a seguir. Corrente IRX (mA) Com a carga R5 desconectada Tensão Zener VZ (V) Com a carga R5 conectada ____________mA ____________Volts 13 – Desconectar a carga R5 do circuito do circuito regulador zener. 14 – Medir a corrente IRX (R3) e a tensão VZ (5V1) e anote na tabela. 92 Eletrônica Analógica – Pratica Corrente IRX (mA) Sem a carga R5 Tensão Zener VZ (V) Sem a carga R5 ____________mA ____________Volts 15 – Comparar os valores das correntes obtidas de IRX das tabelas 1 e 2 com carga e sem a carga. O que se pode afirmar com estas medidas? ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 16 – Calcular a corrente na carga considerando a tensão VZ medida e anotada no quadro 1. Onde: IRL = VZ R5 IRL = _____________mA Os valores obtidos na corrente total IRX devem ser a mesma, tanto para o regulador com a carga ou sem a carga. Isto significa que, quando a corrente flui na carga, a corrente do diodo zener diminui e sem a carga a corrente IZ aumenta, mantendo a corrente IRX constante. 17 – Calcular teoricamente o valor das correntes do circuito com base no circuito original mostrado no item 9 e complete o quadro a seguir. 18 – Comparar os valores das correntes medidos com a calculada e fazer a conclusão da validade de comprovação das características do diodo zener como regulador de tensão. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 93 Eletrônica Analógica – Prática 94 Eletrônica Analógica – Pratica EA 05: Diodos/Fonte DC Retificador de meia onda Objetivos; 1 – Reconhecer um retificador de meia onda. 2 – Observar as formas de ondas de um retificador de meia onda. 3 – Medir as tensões de valor médio de um retificador de meia onda. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 05 – Diodos/Fonte DC; - Osciloscópio de duplo traço; - Transformador de 12VCA 250mA; - Multímetro. Introdução teórica O circuito retificador mais simples é o de meia onda, que emprega apenas um diodo semicondutor. A tensão presente na saída de um circuito retificador de meia onda é denominada de CC pulsante. Para calcular alguns parâmetros de uma retificação de meia onda temos a seguir as equações de corrente e tensão média na saída. Tensão média de saída; VCC = ICC = Corrente média de saída; VCC Re n dim ento = ⋅ 100 = % VCA (EM − VD) π VCC RL Tensão máxima (tensão de pico) EM = VCA ⋅ 2 VD = queda de tensão típica do diodo de silício = a 0,7V. RL = resistência da carga. 95 Eletrônica Analógica – Prática Parte experimental 1 – Conectar o bastidor eletrônico (DeLorenzo) na rede elétrica adequada. 2 – Pegar o módulo EA 05 – Diodos/Fonte DC e localizar o circuito a seguir. 3 – Conectar o transformador de 12VCA na entrada do circuito retificador com auxílio de cabinhos de conexão e montar o circuito retificador de meia onda conforme está mostrado na figura a seguir. 4 – Medir as tensões e corrente do circuito com auxílio de um multímetro, completando a tabela 1. Confira cuidadosamente a escala e o modo DC e ou AC e as suas polaridades para efetuar as medidas de corrente e tensão do circuito observe a figura a seguir. 96 Eletrônica Analógica – Pratica Análise de formas de ondas do circuito retificador de meia onda 5 – Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio ao circuito, de forma a observar a tensão entre o borne B2 (12VCA) e ao borne B3 (CT) da fonte VCA, conforme ilustra a figura a seguir. Ajustar o modo de entrada do canal 1 para AC. 6 – Ajustar a base de tempo (Time/Div) para 5ms de forma a visualizar aproximadamente dois ciclos da onda CA completos na tela do osciloscópio. Ajustar a entrada (Time/Div) na escala adequada a fim de observar o sinal completo na tela do osciloscópio. Registrar a forma de onda observada no gráfico abaixo a seguir. 7 – Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio à carga indicado pelo borne B8 e o referencia de terra ao borne indicado por B3. Ajustar o modo de entrada do canal 1 do osciloscópio para DC. Reproduzir a forma de onda retificada a seguir. 97 Eletrônica Analógica – Prática 8 – Quantos semiciclo “passam” para a carga a cada ciclo completo da corrente alternada da entrada? Por quê? ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 9 – Visualizar o sinal da tensão sobre o diodo D1. Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio ao borne indicado por B2 e o referencial de terra ao borne indicado por B8 e observe o sinal. Ajustar a entrada (Time/Div) na escala adequada a fim de observar o sinal completo na tela do osciloscópio. 10 – Registrar a forma de onda no gráfico a seguir. 11 – Transportar para o gráfico a seguir as três formas de ondas obtidas nas medidas nos itens, 6, 7 e 10 Desenhar os sinais mantendo o mesmo período de forma a observar simultaneamente os tipos de formas de ondas encontradas nos diversos pontos do circuito retificador. 98 Eletrônica Analógica – Pratica 12 – Observar os gráficos dos sinais reproduzidos no item 13. É possível afirmar que a tensão média sobre o diodo deve ter um valor aproximadamente igual a tensão média sobre a carga? Justifique. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 13 – Fazer a conclusão da experimentação descrevendo as características do retificador de meia onda ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 99 Eletrônica Analógica – Prática 100 Eletrônica Analógica – Pratica EA 05: Diodos/Fonte DC Retificador de Onda Completa Objetivos; 1 – Determinar o rendimento de uma retificação de onda completa. 2 – Observar as formas de onda no circuito retificador de onda completa. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 05 – Diodos/Fonte DC; - Osciloscópio de duplo traço; - Transformador de 12VCA 250mA; - Multímetro; - Cabinhos de conexão. Introdução teórica O retificador de onda completa faz um aproveitamento dos dois semiciclo da tensão de entrada. Este tipo de retificação pode ser obtido a partir de dois circuitos retificadores CA para CC conforme está mostrado na figura a seguir. Nas retificações de onda completa, a freqüência da CC pulsante de saída é o dobro da freqüência VCA aplicada à entrada do circuito retificador. Equações para determinar a tensão e corrente de saída das retificações;  EM − VD  VCC = 2 ⋅   π   ICC = Re n dim ento = VCC ⋅ 100 = % VCA VCC RL Onde; VCC = tensão CC de saída. EM = tensão de pico de entrada: EM = VCA. VD = queda de tensão típica do diodo. RL = resistência da carga. 2 Parte experimental 101 Eletrônica Analógica – Prática 1 – Conectar o bastidor eletrônico (DeLorenzo) na rede elétrica adequada. 2 – Pegar o módulo EA 5 – Diodos/Fonte DC; e localizar o circuito a seguir. 3 – Montar o circuito com auxílio de cabinhos de conexão conforme está mostrado a seguir. Conectar o transformador de 12VCA na entrada do circuito retificador. O transformador se encontra no painel do bastidor. 4 – Medir a tensão CC de saída sobre a carga (R1) usando um multímetro. VCC na carga R1 = 330Ω ..............................V 5 – Medir a tensão VCA entre o terminal central, CT, (transformador) a um dos extremos, 12VCA de entrada do retificador (entre os bornes B2 e B3). Tensão VCA de entrada ..............................V 6 – Determinar o rendimento da retificação de onda completa com os valores das medidas obtidas nos itens 4 e 5. Rendimento ..............................% 7 – Desconectar uma das fases do VCA, desativando o diodo D1 do retificador conforme está mostrado na figura abaixo a seguir. 102 Eletrônica Analógica – Pratica O que acontece com o valor da tensão de saída, quando um dos diodos do retificador é desconectado? ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ............................................................................................................................ 8 – Medir a tensão CC de saída sobre a carga (R1) ao borne indicado por B8 e B3 com auxílio de um multímetro e registre em seguida. VCC na carga R1 = 330Ω ..............................V Conhecendo-se a tensão fornecida pelo transformador e a tensão de saída é possível determinar se uma fonte fornece onda completa ou meia onda? ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 9 – Comparar o valor da tensão VCC obtida na carga R1 (330Ω) no item 4 com a obtida no item 9. Descreva a ocorrência. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... Análise de formas de ondas do circuito retificador de meia onda 10 – Conectar o terminal do transformador 12VCA ao borne B2 do circuito retificador para que funcione como retificador de onda completa. 11 – Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio entre o terminal central (CT) e um dos extremos 12VCA, conforme está mostrado na figura a seguir. 103 Eletrônica Analógica – Prática 12 – Ajustar a base de tempo (Time/Div) para 5ms até visualizar aproximadamente dois ciclos completos na tela do osciloscópio. 13 – Reproduzir a seguir a figura projetada na tela do osciloscópio no gráfico abaixo a seguir. 14 – Mover a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio para a carga (R1) indicado pelo borne B8 mantendo o terra da ponta de prova do osciloscópio ao borne B3. Reproduza a figura projetada na tela do osciloscópio no gráfico a seguir. 15 – Manter o ajuste a base de tempo (Time/Div) para 5ms até visualizar aproximadamente dois ciclos completos na tela do osciloscópio. 16 – Desconectar uma das fases de VCA do transformador desativando o diodo D1 do retificador para que o circuito funcione como um retificador de meia onda. 17 – Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio à carga R1, indicado pelo borne B8, mantendo o referencial de terra da ponta de prova do osciloscópio ao borne B3. 104 Eletrônica Analógica – Pratica 18 – Reproduzir a forma de onda visualizada na tela do osciloscópio no gráfico a seguir. 19 – Comparar o gráfico das tensões obtidas na retificação de onda completa e meia onda. Fazer a conclusão da experimentação validando as características de um circuito retificador de meia onda e onda completa. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 105 Eletrônica Analógica – Prática 106 Eletrônica Analógica – Pratica EA 05: Diodos/Fonte DC Retificador em ponte de diodos Objetivos; 1 – Determinar o rendimento de uma retificação de onda completa. 2 – Observar as formas de onda no circuito retificador de onda completa em ponte. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 05 – Diodos/Fonte DC; - Osciloscópio de duplo traço; - Transformador de 12VCA 250mA; - Multímetro; - Cabinhos de conexão. Introdução teórica O retificador de onda completa por meio de ponte de diodos se faz o aproveitamento dos dois semiciclo da tensão de entrada. Este tipo de retificação pode ser obtido a partir de dois circuitos conforme está mostrado na figura abaixo a seguir. Na retificação de onda completa, a freqüência da CC pulsante de saída é o dobro da freqüência VCA aplicada à entrada do circuito retificador. Equações para determinar a tensão e corrente de saída das retificações;  EM − 2VD  VCC = 2 ⋅   π   ICC = Re n dim ento = VCC ⋅ 100 = % VCA VCC RL Onde; VCC = tensão CC de saída. EM = tensão de pico de entrada: EM = VCA. VD = queda de tensão típica do diodo. RL = resistência da carga. 2 Parte experimental 107 Eletrônica Analógica – Prática 1 – Conectar o bastidor eletrônico (DeLorenzo) na rede elétrica adequada. 2 – Pegar o Módulo EA 05 – Diodos/Fonte DC e localizar o circuito a seguir. 3 – Montar o circuito a seguir conectando o transformador de 12VCA à entrada do circuito aos bornes indicados por B15 e B13 com auxílio de cabinhos de conexão conforme está mostrado o circuito a seguir. 4 – Conectar o borne B16 ao referencial de terra indicado pelo borne B3. Conectar a carga R2= 330Ω, borne B17 ao borne indicado por B14. 5 – Medir a tensão CC de saída sobre a carga R2 = 330Ω com auxílio de um multímetro e registrar no quadro a seguir. VCC na carga R2 = 330Ω ..............................V 6 – Medir a tensão VCA entre o terminal central, CT, (transformador) a um dos extremos, 12VCA de entrada do retificador (entre os bornes B15 e B13). Tensão VCA de entrada ..............................V 7 – Determinar o rendimento da retificação de onda completa. 108 Eletrônica Analógica – Pratica Re n dim ento = VCC ⋅ 100 = % VCA Rendimento ..............................% O que acontece com a tensão de saída se um dos diodos retificador for desativado? Justificar a resposta. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 8 – Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio entre o terminal central (CT) e um dos extremos da tensão 12VCA do transformador. 9 – Ajustar a base de tempo (Time/Div) para 5ms até visualizar aproximadamente dois ciclos completos na tela do osciloscópio. 10 – Reproduzir a figura projetada na tela do osciloscópio no gráfico a seguir. 11 – Mover a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio à carga R2 = 330Ω. Reproduza a figura projetada na tela do osciloscópio no gráfico a seguir. 12 – A retificação em ponte tem aproximadamente o mesmo rendimento da 109 Eletrônica Analógica – Prática retificação com derivação central? ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 13 – Fazer a sua conclusão justificando a vantagem e desvantagem em relação a retificação de onda completa em ponte e derivação central. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 110 Eletrônica Analógica – Pratica EA 05: Diodos/Fonte DC Capacitor de Filtro em retificador de meia onda Objetivos; 1 – Observar as formas de ondas de ondulação (ripple) da tensão retificada com filtro. 2 – Analisar os fatores que influenciam na tensão de ondulação de um filtro. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 5 – Diodos/Fonte DC; - Osciloscópio de duplo traço; - Multímetro; - Transformador de 12V 250mA; - Cabinhos de conexão. Introdução teórica Durante o período de condução do diodo, o capacitor armazena cargas elétricas. Quando o diodo entra em bloqueio, o capacitor fornece corrente à carga, mantendo a tensão de saída praticamente constante. Devido a descarga do capacitor surge uma ondulação (componente CA) na forma de onda de saída. Este ondulação é conhecida de “ripple”. A ondulação de filtro depende: • Corrente do filtro. • Capacitância do filtro. • Tipo de retificação, meia onda ou onda completa. 111 Eletrônica Analógica – Prática A tensão de saída de um circuito retificador com filtro é dada pela equação; VCC = EM − Vondpp 2 VCC = Tensão CC de saída EM = tensão de pico (Emáx) fornecida pela retificação Vond Vpp = tensão de pico a pico da ondulação (ripple). A capacitância do capacitor de filtro pode ser determinada por meio da seguinte equação: C = T⋅ Im áx Vondpp onde C = Farad. T= 1 F (Retificador de meia onda, F = 60Hz) I máx = corrente na carga (RL) Esta equação provém de uma série de aproximações que introduzem erros, mas que pode ser considerado em função da grande tolerância de fabricação dos capacitores eletrolíticos. 112 Eletrônica Analógica – Pratica Parte experimental 1 – Conectar o bastidor eletrônico (DeLorenzo) na rede elétrica adequada. 2 – Pegar o Modulo EA 05: Diodos/Fonte DC e localize os componentes do circuito a seguir. 3 – Conectar a tensão de 12VCA do transformador à entrada ao borne indicado por B2 e o CT do transformador ao borne indicado por B3. 4 – Conectar o transformador à rede elétrica adequada. 5 – Conectar o capacitor de filtro C1 de 100uF e a carga R5 (470Ω) ao circuito conforme está mostrado na figura do item 3. 6 – Medir a tensão CC de saída sobre a carga ao borne indicado por B28 (R5 = 470Ω) com auxílio de um Multímetro. VCC na carga R5 = 470Ω ..............................V 7 – Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio na carga R5 (470Ω). Ajuste a base de tempo (Time/Div) para 2ms. Selecionar a opção AC para medir a ondulação. Selecionar a opção Volt/Div até que visualize a ondulação na tela do osciloscópio. 8 – Desenhar a forma de onda observada na tela do osciloscópio a seguir. Anote a escala vertical e base de tempo utilizado nesta medição. Volt/Div = _____________ Time/Div = _______________ 113 Eletrônica Analógica – Prática 9 – Substituir o resistor R5 (B28) de carga de 470Ω por R6 (B29) de 100Ω. Meça a tensão CC de saída sobre a carga (R6) com auxílio de um multímetro. VCC na carga C = 100uf RL = 100Ω ..............................V 10 – Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio na carga R6 (100Ω) ao borne indicado por B29. Mantenha a base de tempo (Time/Div) para 2ms. 11 – Desenhar a forma de onda (ripple) observada na tela do osciloscópio a seguir. Anote a escala vertical e base de tempo utilizado nesta medição. Volt/Div = _____________ Time/Div = _______________ A alteração do valor da resistência de carga significa variação de sua corrente. A tensão medida no item 6 pode ser considerada a mesma que a medida no item 9? ...................................................................................................................................... Escrever a ocorrência. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 114 Eletrônica Analógica – Pratica ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... O que se pode notar na amplitude da ondulação (ripple) com a variação da corrente na carga? ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 12 – Substituir o capacitor C1 indicado pelo borne B7 pelo capacitor C2 de 1000uF indicado pelo borne B18 e B20. 13 – Medir a tensão VCC de saída sobre a carga de 100Ω (R6) com auxílio de um multímetro. VCC na carga C = 1000uf RL = 100Ω ..............................V 14 – Comparar a tensão VCC medida no item 9 e item 15 empregando a mesma carga, porem com o capacitor de filtro com capacidade diferente. O que se observa nestas medidas. Explicar a ocorrência. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 15 – Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio à carga R6 (100Ω). Manter a base de tempo (Time/Div) para 2ms. Desenhar a forma de onda observada na tela. Anote a seguir a escala vertical e a base de Tempo utilizada nesta medição. Volt/Div = _____________ Time/Div = _______________ 115 Eletrônica Analógica – Prática 16 – Comparar o nível de ripple das medidas efetuada no item 11 utilizando um capacitor de filtro de 100uF com um filtro utilizando um capacitor de filtro de 1000uF efetuada no item 17. Escrever a ocorrência. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 17 – Fazer a conclusão da experimentação escrevendo os fatores que influenciam na tensão VCC de saída do retificador. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 116 Eletrônica Analógica – Pratica EA 05: Diodos/Fonte DC Capacitor de filtro em retificador de onda completa Objetivos; 1 – Observar as formas de ondas de ondulação (ripple) de tensão. 2 – Analisar os fatores que influenciam na tensão de ondulação. 3 – Comparar a ondulação em retificador de meia onda e onda completa. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 05 – Diodos/Fonte DC; - Osciloscópio de duplo traço; - Multímetro; - Transformador de 12VCA + 12VCA 250mA; - Cabinhos de conexão. Introdução teórica Durante o período de condução do diodo, o capacitor armazena cargas elétricas. Quando o diodo entra em bloqueio, o capacitor fornece corrente à carga, mantendo a tensão de saída praticamente constante. Devido a descarga do capacitor surge uma ondulação (componente CA) na forma de onda de saída. Este ondulação é conhecida de “ripple”. A ondulação de filtro depende: • Corrente do filtro. • Capacitância do filtro. • Tipo de retificação, meia onda ou onda completa. 117 Eletrônica Analógica – Prática A tensão de saída de um circuito retificador com filtro é dada pela equação; VCC = EM − Vondpp 2 VCC = Tensão CC de saída EM = tensão de pico (E máx) fornecida pela retificação V ond Vpp = tensão de pico a pico da ondulação (ripple). A capacitância do capacitor de filtro pode ser determinada por meio da seguinte equação: C = T⋅ Im áx Vondpp onde C = Farad. T= 1 F (Retificador de onda completa, F = 120Hz) I máx = corrente na carga (RL) Esta equação provém de uma série de aproximações que introduzem erros, mas que pode ser considerado em função da grande tolerância de fabricação dos capacitores eletrolíticos. 118 Eletrônica Analógica – Pratica Parte experimental 1 – Conectar o bastidor eletrônico (DeLorenzo) na rede elétrica adequada. 2 – Pegar o Módulo EA 05 – Diodos/Fonte DC e localizar os componentes do circuito a seguir. 3 – Fazer as conexões do transformador ao circuito conectando o terminal 12VCA ao borne indicado por B2 e o terminal CT ao borne indicado por B3 e o outro terminal 12VCA ao borne indicado por B4. O transformador que fornece as tensões alternadas se encontra no bastidor eletrônico. 4 – Medir a tensão CC de saída sobre a carga R5 usando um multímetro. VCC na carga R5 = 470Ω ................................... V 5 – Conectar o miliamperímetro entre os bornes indicados B20 e B28 respeitando as polaridades. Medir a corrente na carga R5 e anote a seguir. Corrente na carga R5 = 470Ω ................................... mA 6 – Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio na saída do retificador indicado pelo borne B28. 119 Eletrônica Analógica – Prática 7 – Mudar o modo de entrada vertical do osciloscópio para GND. Posicione a linha de varredura no centro da tela. 8 – Selecionar o modo de entrada do canal 1 do osciloscópio para AC. Ajustar a opção de escala (Volt/Div) de tal forma que o sinal ocupe pelo menos duas divisões verticais na tela do osciloscópio. Ajustar a base de tempo (Time/Div) para 2ms. 9 – Medir a tensão de ondulação (ripple) e registre em seguida. Tensão de ondulação (ripple) ................................... Vpp 10 – Alterar a carga do circuito retificador para 100Ω (R6) indicado pelo borne B29. 11 – Medir a tensão CC de saída sobre a carga (R6) usando um multímetro. VCC na carga R6= 100Ω ................................... V 12 – Conectar o miliamperímetro entre os bornes indicados B20 e B29 respeitando as polaridades. Medir a corrente de carga R6 = 100Ω. Corrente na carga R6= 100Ω ................................... mA 13 – Medir a tensão de ondulação (ripple) com auxílio de um osciloscópio e registre-o em seguida. Tensão de ondulação (ripple) ................................... Vpp De acordo com as medidas efetuadas com a variação na carga, o que se pode afirmar quanto a tensão de saída e o ripple do retificador? ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... Comparação de um retificador de onda completa e meia onda 14 – Manter o mesmo circuito. Desconectar um dos diodos do circuito de tal forma que funcione como retificador de meia onda. 120 Eletrônica Analógica – Pratica 15 – Medir a tensão CC de saída sobre a carga de 100 Ω (R6) usando um multímetro. VCC na carga R6 = 100Ω ................................... Vpp 16 – Comparar as tensões medidas no item 11 com a medida no item 16. Houve diferença no valor de tensão VCC medida? Escrever a ocorrência. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 17 – Medir a tensão de ondulação (ripple) com auxílio de um osciloscópio e registre a tensão no quadro a seguir. Tensão de ondulação (ripple) ................................... Vpp 18 – Comparar a amplitude da tensão de ondulação do retificador de onda completa e meia onda com a mesma carga. Que característica se pode observar nesta comparação? ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 19 – Conectar a ponta de prova do osciloscópio na carga R6 (100Ω). Manter a base de tempo para 2ms de modo a observar a forma de onda na tela. Desenhar a forma de onda e anote a tensão de pico a pico no gráfico a seguir. Volt/Div = _____________ Time/Div = _______________ 121 Eletrônica Analógica – Prática 20 – Medir a freqüência da ondulação (ripple) com auxílio de um osciloscópio e anote a seguir. Freqüência de ondulação, retificação de meia onda (ripple) ............................Hertz 21 – Conectar o diodo D1 do circuito para que funcione como retificador de onda completa. 22 – Manter a mesma base de tempo (Time/Div) do osciloscópio. Conectar a ponta de prova do osciloscópio na carga R6 (100Ω) e Desenhar a forma de onda e anotar a tensão de pico a pico no gráfico a seguir. Volt/Div = _____________ Time/Div = _______________ 23 – Medir a freqüência da ondulação (ripple) com auxílio de um osciloscópio e registrar em seguida. Freqüência de ondulação, retificação de onda completa (ripple) 122 .........................Hertz Eletrônica Analógica – Pratica 24 – Observar o sinal do “ripple” da tensão CC sobre a carga conectando e desconectando um dos diodos do circuito retificador, ou seja, funcionando como retificador de onda completa e meia onda. O que se pode afirmar em relação ao ripple numa retificação de onda completa e meia onda? ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 25 – Concluir a experimentação descrevendo as características observadas no retificador de meia e onda completa. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 123 Eletrônica Analógica – Prática 124 Eletrônica Analógica – Pratica EA 05: Diodos/Fonte DC Regulador Monolítico 7805 Objetivos; 1 – Conhecer o funcionamento de um regulador monolítico. 2 – Observar a regeneração produzida num regulador monolítico. 3 – Observar as características de regulação do regulador monolítico 7805. 4 – Verificar o funcionamento de regulador com saída de tensão ajustável. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 5 – Diodos/Fonte DC; - Osciloscópio de duplo traço; - Fonte de tensão CC variável 0 - 12V; - Multímetro; - Potenciômetro linear de 1kΩ; - Cabinhos de conexão. Introdução teórica Reguladores de tensão de três terminais O regulador de tensão fixa de saída é alimentado por uma tensão não regulada. Existem reguladores de tensão de saída positiva e negativa. Os circuitos integrados reguladores positivos são a série 7800 e a de saídas negativas a série 7900. Na figura a seguir temos a conexão de um regulador monolítico da serie 7800. A tensão de saída típica do regulador possui limite de tensão mínima e tensão máxima. Por exemplo, um regulador 7812 pode apresentar limite inferior de 11,5V e limite superior de 12,5V. A relação mínima de tensão de entrada e saída para manter a regulação é de 2 Volts. Se a tensão de entrada for menor que 2V a regulação não é mais mantida. Desta forma a tensão de entrada deve ser elevada para garantir a regulação. Nota: O capacitor C1 e C2 servem para desacoplar ruídos da linha do VCC. A ausência desses capacitores pode gerar oscilações (regeneração) e interferir nos circuitos eletrônicos. Os reguladores monolíticos possuem no seu interior amplificador linear e as capacitâncias parasitas podem produzir realimentação positiva e gerar oscilações na sua saída . 125 Eletrônica Analógica – Prática Parte experimental 1 – Conectar o bastidor eletrônico (DeLorenzo) na rede elétrica adequada. 2 – Pegar o Módulo EA 05 – Diodos/Fonte DC e localizar os componentes do circuito abaixo a seguir. 3 – Conectar os cabinhos de conexão, conforme o esquema elétrico do regulador monolítico a seguir. 4 – Conectar o pólo positivo da fonte de tensão DC ajustável ao borne indicado por B25 e o referencial de terra ao borne indicado por B19. 5 – Ajustar a tensão da fonte DC aos valores indicados na tabela 1 a seguir. Com auxílio de um multímetro, meça a tensão de saída sobre a carga (R5 = 470Ω) e anote-o na tabela a seguir. 126 Eletrônica Analógica – Pratica 6 – Observar os valores da tensão de saída do regulador 7805. Analisar as medidas das tensões obtidas na saída do regulador e a tensão aplicada à sua entrada na tabela 1. Qual o valor da tensão mínima de regulação deste regulador monolítico? Anote a seguir. Tensão Mínima de regulação (7805) ..............................V Verificação de oscilação (regeneração) do regulador. Os reguladores de tensão monolíticos possuem amplificadores internos que produzem regenerações e apresentam oscilações de alta freqüência na sua saída. A freqüência desse sinal pode chegar a algum Megahertz. 7 – Ajustar a base de tempo do osciloscópio para 0,2 µS/Div e a sensibilidade de entrada para 0,5V/Div. Posicionar o modo de entrada para AC. 8 – Conectar a ponta de prova do canal do osciloscópio na saída do circuito indicado pelo borne B27 e observar o sinal de RF. Quando a fonte é utilizada para alimentar um circuito que opera com sinais de alta freqüência, esta regeneração pode prejudicar o funcionamento. Para eliminar esta regeneração coloca-se um capacitor by-pass na saída. 9 – Selecionar o capacitor de 100nF localizado no painel do bastidor eletrônico e conectar na saída do circuito por meio de cabinhos de conexão. 127 Eletrônica Analógica – Prática Pode se afirmar que o capacitor elimina a regeneração de radiofreqüência? ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... Regulador ajustável com limitação de tensão mínima. 10 – Montar o circuito da figura abaixo a seguir. 11 – Conectar o potenciômetro de 1kΩ localizado no painel do bastidor eletrônico ao circuito. Fazer a ligação do terminal GND (2), borne indicado por B26 ao cursor do potenciômetro e o extremo inferior ao borne indicado por B1, B3, B19 (terra), conforme está mostrado no item 7. 12 – Ajustar a tensão da fonte para 12V e conectar o pólo positivo ao borne indicado por B25 e o pólo negativo ao borne indicado por B1, B3, B19 (terra). 13 – Posicionar o potenciômetro totalmente para a esquerda. Com auxílio de um multímetro, medir a tensão sobre de saída sobre a carga R5 (470Ω) indicado no borne B28 e anote-o em seguida. Tensão Mínima de regulação (7805) ..............................V 14 – Conectar um voltímetro na saída sobre a carga R5 indicada pelo borne B28. Variar o potenciômetro suavemente para a direita e observar a variação da tensão de saída no display do voltímetro. 15 – Girar o eixo do potenciômetro totalmente para a direita, ou seja, para a máxima resistência. 128 Eletrônica Analógica – Pratica Medir a tensão de saída sobre a carga R5 (470Ω) e registrar no quadro a seguir. Tensão Máxima de saída regulada (7805) ..............................V 16 – Manter o voltímetro conectado na saída do circuito indicado pelo borne B28 e B1. Alterar o valor da resistência do potenciômetro para o mínimo e aumente gradativamente observando a tensão de saída sobre a carga R5. É possível obter uma tensão regulada ajustável por meio de um regulador monolítico de tensão fixa? ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 17 – Com base nas observações feitas nesta experiência, fazer a sua conclusão sobre as características do regulador monolítico 7805. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 129 Eletrônica Analógica – Prática 130 Eletrônica Analógica – Pratica EA 07: Amplificador com Acoplamento Capacitivo Amplificador em emissor comum Objetivos; 1 – Determinar, por processo prático, o ganho de um amplificador emissor comum; 2 – Verificar a influência do resistor de emissor e desacoplamento sobre o ganho do estágio; Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 07: Amplificador com Acoplamento Capacitivo; - Fonte de tensão ajustável de 0 -15V; - Osciloscópio; - Gerador de funções; - Cabinhos de conexões. Introdução teórica As características importantes do estágio amplificador em emissor comum são: Ganho de corrente = alto (dezenas de vezes) Ganho de tensão = alto (dezenas de vezes) Impedância de entrada = média (centenas de ohms) Impedância de saída = alta (centenas e até milhares de ohms) O circuito emissor comum tem a polarização de base por meio de um divisor de tensão e um resistor de emissor. A colocação do resistor de emissor (R4) melhora a estabilidade térmica do circuito, mas reduz sensivelmente o seu ganho. Por esta razão o resistor de emissor é desacoplado por meio de um capacitor (C3) que possibilita obter um estágio de alto ganho mais estável termicamente. 131 Eletrônica Analógica – Prática Parte experimental 1 – Conectar o bastidor de treinamento eletrônico na rede elétrica apropriada. 2 – Colocar a placa EA 07: Amplificador com Acoplamento Capacitivo no bastidor. A placa contém dois circuitos amplificadores EC semelhantes. 3 – Reconhecer o circuito amplificador do diagrama elétrico da placa a seguir. 4 – Ajustar a tensão da fonte de alimentação para +12V. Conectar o pólo positivo ao borne indicado por +VCC (B4) e o pólo negativo ao borne B1 (GND). 132 Eletrônica Analógica – Pratica 5 - Manter o capacitor de emissor C5 (borne B9) desconectado. Ajustar o potenciômetro P1 (ajuste de polarização de corrente de base) de forma a obter a tensão de aproximadamente 7 Volts entre o coletor e o referencial de terra. Isto seria a tensão de VRE + VCE = 7V e VR3 = 5V Este ajuste é a forma prática de definir o ponto quiescente de um amplificador classe A para pequenos sinais, VRC ± ½ de VCC, VCE ± 40% de VCC e VRE ± 10% de VCC. 6 – Medir a tensão de polarização DC do circuito e anotar na tabela 1. Tabela 1 VR2 (VRB2) VR1 VR3 (VRC) VCE VR4 (VRE) VBE (VCE+VRE) ............V ..........V .............V .............V .............V (VRB1+VRPot) .............V ................V 7 – Observar os valores medidos. Pode-se dizer que as medidas estão dentro do padrão de polarização do transistor? ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... Que resultado teria se a tensão VRC for um valor menor que ½ de VCC? ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 8 – Conectar o capacitor de desacoplamento de emissor por meio de um cabinho de conexão curta ligando o borne B9 B10. 9 – Efetuar as medidas de tensões pedidas na tabela 1. Fazer uma comparação com as medidas já efetuadas no item 7. Houve alteração nas medidas de tensão DC do circuito com o capacitor de emissor conectado ao referencial de terra do circuito? ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... Desconectar o capacitor C5 do circuito retirando a conexão entre os bornes B9 e B10. 133 Eletrônica Analógica – Prática Amplificador com sinal AC (com realimentação negativa) 10 – Ajustar o gerador de funções para um sinal senoidal, 1KHz, 1Vpp. Conectar ao circuito conforme está mostrado no diagrama elétrico a seguir. Utilizar o potenciômetro de 1KΩ do bastidor para obter sinal de baixa amplitude a ser aplicado na entrada do amplificador entre os bornes B2 e B3. 11 – Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio na saída do circuito ao borne indicado por B8. Conectar a ponta de prova do canal 2 do osciloscópio na entrada do circuito ao borne indicado por B2. Ajustar os feixes e a base de tempo de forma a observar ambos sinais de quatro ou cinco ciclos do sinal na tela do osciloscópio. 12 – Ajustar o sinal de entrada senoidal entre os bornes B2 e B3 por meio do potenciômetro Pot (1kΩ) de forma a obter um sinal senoidal na saída do amplificador sem deformação. 13 – Observar as formas de ondas e fases do sinal de entrada e saída. Desenhar as formas de ondas de entrada e saída respeitando as respectivas fases. 134 Eletrônica Analógica – Pratica 14 – Registrar as tensões de entrada e saída a seguir. Tabela 2 Tensão de entrada (Ve) (mVpp) ........................mV Tensão de saída (Vs) (Vpp) ........................Vpp 15 – Calcular o fator de amplificação (sem o capacitor de emissor). AV = Vs Ve AV = __________ dB = ____________ Amplificador com sinal AC (com desacoplamento de emissor) Conectar o capacitor de emissor C5 (capacitor de desacoplamento CA). Conectar um cabinho de ligação entre os bornes B9 e B10. 16 – Ajustar o sinal de entrada senoidal do gerador por meio do potenciômetro Pot forma a obter um sinal senoidal sem deformação na saída do amplificador. A conexão do capacitor de emissor reduz sensivelmente a realimentação negativa à entrada amplificadora. A amplificação do circuito se torna elevada. 17 – Ajustar a amplitude do sinal do gerador e o do sinal de entrada (pot) de forma simultânea até obter amplitude do sinal desejado sem deformação. Medir as tensões do sinal de entrada e saída com auxílio de osciloscópio e anotar na tabela 3. Tabela 3 Tensão de entrada (Ve) (mVpp) ........................mV Tensão de saída (Vs) (Vpp) ........................Vpp 18 – Calcular o fator de amplificação do circuito amplificador, com capacitor de emissor. 135 Eletrônica Analógica – Prática AV = Vs Ve AV = __________ dB = ___________ 19 – Comparar os resultados da tabela 1 e tabela 2. Explicar como se origina a realimentação negativa de emissor. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 20 – Concluir a experimentação descrevendo as características do amplificador na configuração EC em relação a ganho e inversão de fase do sinal. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 136 Eletrônica Analógica – Pratica EA 07: Amplificador com Acoplamento Capacitivo Amplificador em base comum Objetivos; 1 – Familiarizar com o circuito amplificador na configuração base comum; 2 – Observar a forma de onda de um circuito amplificador na configuração base comum. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 07: Amplificador com acoplamento capacitivo - Fonte de tensão ajustável de 0 -15V; - Osciloscópio; - Gerador de funções; - Cabinhos de conexões. Introdução teórica Amplificadores configuração base comum A configuração base comum possui alguns valores típicos como resistência de entrada baixa da ordem de 50 ohms, resistência de saída superior a 1MΩ. O fator de amplificação de corrente é o alfa (α), ganho de corrente menor que unidade. O transistor configurado em base comum, cada miliamper de corrente que se aplica entre o emissor e a base, faz-se passar pelo coletor uma corrente de 1 x 0,97, ou seja, 0,97 miliamper. Considerar-se-á a resistência de entrada, entre o emissor e a base é da ordem de 50Ω e no coletor a resistência é superior a 1M Ω. Na prática, pode-se considerar o valor do resistor de carga conectado no coletor do transistor como valor total da impedância de saída. 137 Eletrônica Analógica – Prática O transistor amplifica tensão graças a diferença de resistências existentes entre a entrada e saída. Calculando o ganho de tensão Av do circuito. Tomando como exemplo uma corrente de 1mA aplicado na entrada e resistência típica de entrada de 50 Ω, a tensão de entrada será de: Aplicar-se-á a lei de Ohms tem; Tensão de entrada (Ve) V=RxI = −3 Ve = 50 ⋅ 1 ⋅ 10 = 0,05 Volts = 50 milivolt A tensão aplicada na entrada do circuito é de 50 milivolt. Considera-se o fator de amplificação alfa (α) igual a 0,97, temos a corrente Ic igual a 1⋅ 10 −3 ⋅ 0,97 = 0,97 miliamper, ou seja, 970 µA. Qual é a queda de tensão desenvolvida no resistor de carga Rc? O resistor conectado no coletor (Rc) é de 1kΩ. Vs = Rc . Ic 3 −3 = Vs = 1 ⋅ 10 ⋅ 0,97 ⋅ 10 = 0.97 Volts A tensão de saída é de 0,97V, ou seja, 970 milivolt. O ganho de tensão é a relação entre o sinal de saída e a entrada, ou seja; 970 ⋅ 10 −3 Vs −3 GV = Ve = Gv = 50 ⋅ 10 = 19,4 O ganho de tensão é de 19,4 vezes Conclui –se que, com apenas 50 milivolts na entrada e uma carga de 1k ohms no coletores obtêm uma tensão de aproximadamente 1 Volt na saída. 138 Eletrônica Analógica – Pratica Parte experimental 1 – Conectar o bastidor de treinamento eletrônico na rede elétrica apropriada. 2 – Colocar o Módulo EA 07: Amplificador com acoplamento Capacitivo no bastidor. 3 – Reconhecer o circuito amplificador do diagrama elétrico da placa a seguir. 4 – Conectar o capacitor C1 ao referencial de terra de modo que o circuito funcione na configuração base comum. Fazer a conexão entre os bornes B2 e B3 conforme está mostrado no diagrama esquemático. Um amplificador na configuração base comum, a base é aterrada através do 139 Eletrônica Analógica – Prática capacitor C1 (10uF) sendo que o sinal de entrada é aplicado no emissor através do capacitor C5 (100uF). O sinal de saída é retirado no coletor através do capacitor C4 (100uF). 5 – Ajustar a tensão da fonte de alimentação para +12V. Conectar o pólo positivo ao borne indicado por +VCC (B4) e o pólo negativo ao borne B1(GND). Ajustar o potenciômetro P1 (ajuste de polarização de corrente de base) de forma a obter a tensão de aproximadamente 7 Volts entre o coletor e o referencial de terra. Isto seria a tensão de VRE + VCE = 7V e VR3 = 5V Este ajuste é a forma prática de definir o ponto quiescente de um amplificador classe A para pequenos sinais, VRC ± ½ de VCC, VCE ± 40% de VCC e VRE ± 10% de VCC. Observar que a forma de polarização DC é semelhante para outras Configurações. 6 –Medir a tensão de polarização DC do circuito e anotar na tabela 1. Tabela 1 VR2 (VRB2) VR1 VR3 (VRC) VCE VR4 (VRE) VBE (VCE+VRE) ............V ..........V .............V .............V .............V (VRB1+VRPot) .............V ................V 7 – Observar os valores medidos. Pode-se dizer que as medidas estão dentro dos parâmetros de polarização do transistor? ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... Amplificador com sinal AC (com base acoplada) 8 – Ajustar o gerador de funções para um sinal senoidal, 1KHz, 1Vpp. Conectar ao circuito conforme está mostrado no diagrama elétrico a seguir. Utilizar o potenciômetro de 1KΩ do bastidor para obter sinal de baixa amplitude a ser aplicado na entrada do amplificador entre os bornes B9 e B10 (emissor). 140 Eletrônica Analógica – Pratica 9 – Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio na entrada do circuito indicado pelo borne B9 e B10 (cursor do potenciômetro). Conecte a ponta de prova do canal 2 na saída indicada pelo borne B8 e ao referencial de terra. Ajustar os feixes e a base de tempo de forma a observar ambos sinais de quatro a cinco ciclos de sinal na tela do osciloscópio. Colocar no modo do canal de a fim de observar os sinais de entrada e saída de forma simultânea. 10 – Ajustar o potenciômetro Pot (1k) até obter na saída do amplificador uma forma de onda senoidal de amplitude máxima sem distorção. Desenhar os sinais de entrada e saída respeitando as fases. 11 – Medir as tensões Vpp dos sinais e anotar na tabela 2 a seguir. Tabela 2 Tensão de entrada (Ve) (mVpp) ........................mV Tensão de saída (Vs) (Vpp) ........................Vpp 141 Eletrônica Analógica – Prática 12 – Calcular o ganho de tensão do circuito amplificador utilizando a seguinte equação. GV = Vs Ve GV = ______________ dB = ______________ Com base no gráfico de sinais de entrada e saída ilustradas no item 10, o que e pode dizer quanto as fases do sinal amplificado? ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... Desconectar o capacitor C1 da base do amplificador retirando a ligação entre os bornes B2 e B3. 13 – Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio na entrada do circuito indicado pelo borne B14 e B5 (cursor do potenciômetro). Conecte a ponta de prova do canal 2 na saída indicada pelo borne B13. 14 – Ajustar o potenciômetro Pot (bastidor) do sinal de entrada de forma a obter o máximo de sinal na saída sem deformação. 15 – Medir as tensões Vpp dos sinais e anotar na tabela 3 a seguir. Tabela 3 Tensão de entrada (Ve) (mVpp) ........................mV Tensão de saída (Vs) (Vpp) ........................Vpp 16 – Calcular o ganho de tensão do circuito amplificador utilizando a seguinte equação. GV = Vs Ve GV = ______________ dB = ______________ O que se pode afirmar quando o capacitor C2 é desconectado da base do amplificador? ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 142 Eletrônica Analógica – Pratica 17 – Concluir a experimentação descrevendo as características do amplificador configurado em base comum. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 143 Eletrônica Analógica – Prática 144 Eletrônica Analógica – Pratica EA 07: Amplificador com Acoplamento Capacitivo Determinação de impedância de entrada e saída de um amplificador EC Objetivos; 1 – Verificar a relação de fase entre os sinais; 2 – Medir a impedância de entrada e saída pelo método prático por meio de Potenciômetro. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 07: Amplificador com Acoplamento Capacitivo; - Fonte de tensão ajustável de 0 -15V; - Osciloscópio; - Gerador de funções; - Multímetro. Introdução teórica Na pratica, a impedância de entrada e saída de um amplificador transistorizado pode ser medida por meio de um potenciômetro. A Impedância de entrada de um amplificador emissor comum é média (centenas de ohms). A Impedância de saída de um amplificador emissor comum depende do valor da resistência elétrica da carga do coletor, pode chegar a centenas e até milhares de ohms. É muito importante a determinação da impedância de entrada e saída de um amplificador, isto permite a obter um bom casamento de impedâncias em amplificadores de múltiplos estágios. O acoplamento de estágios pode ser feitos por meio de transformadores, capacitores e resistores. A máxima transferência de potencia se obtém com o perfeito casamento de impedâncias. 145 Eletrônica Analógica – Prática Parte experimental 1 – Conectar o bastidor de Eletrônica Analógica a uma rede de tensão adequada. 2 – Colocar o Módulo EA 07: Amplificador com Acoplamento Capacitivo no bastidor. 3 – Reconhecer o circuito amplificador do diagrama elétrico da placa a seguir. Completar as ligações do circuito. Utilizar cabinhos de conexões curtas. 4 – Ajustar a tensão da fonte de alimentação para +12V. Conectar o pólo positivo ao borne indicado por +VCC (B4) e o pólo negativo ao borne B1 (GND). 146 Eletrônica Analógica – Pratica 5 – Conectar o capacitor de emissor C5 ligando os bornes B9 e B10. Ajustar o potenciômetro P1 (ajuste de polarização de corrente de base) de forma a obter a tensão de aproximadamente 7 Volts entre o coletor e o referencial de terra. Isto seria a tensão de VRE + VCE = 7V e VR3 = 5V Este ajuste é a forma prática de definir o ponto quiescente de um amplificador classe A para pequenos sinais, VRC ± ½ de VCC, VCE ± 40% de VCC e VRE ± 10% de VCC. 6 – Ajustar o gerador de funções para um sinal senoidal, 1KHz, 1Vpp. Conectar ao circuito conforme está mostrado no diagrama elétrico a seguir. Utilizar o potenciômetro de 1KΩ do bastidor para obter sinal de baixa amplitude a ser aplicado na entrada do amplificador entre os bornes B9 e B10 (emissor). 7 – Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio à saída do circuito indicado pelo borne B8. 8 – Conectar a outra ponta de prova do canal 2 do osciloscópio à entrada do circuito indicado pelo borne B5 ou B3. 9 – Ajustar o potenciômetro Pot (bastidor) do sinal de entrada de forma a obter o máximo de sinal na saída sem deformação. Desenhar as formas de ondas de entrada e saída respeitando as suas fases. Determinação da Impedância de entrada 10 – Montar o circuito conforme o diagrama elétrico. Utilizar o potenciômetro de 10K localizado no bastidor eletrônico para determinar a impedância de entrada do amplificador EC 147 Eletrônica Analógica – Prática 11 – Ajustar o potenciômetro Pot (10K) para a mínima resistência. Ajustar a amplitude do sinal do gerador de forma a obter o máximo de seu sinal sem distorção na saída do amplificador. Em caso de ajuste da tensão na entrada for dificultada, utilizar o potenciômetro de 1K localizado do bastidor e conectar à saída do gerador a fim de obter um nível de sinal adequado para o amplificador. 12 – Medir a tensão pico a pico do sinal aplicado na entrada do amplificador ao ponto indicado por A e indicado por VA com auxílio de osciloscópio. VA = ____________Vpp 13 – Mover a ponta de prova do osciloscópio para o ponto B indicado por VB. Ajustar o potenciômetro de forma que o sinal presente no ponto B tenha a metade da amplitude do sinal medido no ponto A (VA). VB = ____________Vpp 14 – Manter cuidadosamente o posicionamento do eixo do potenciômetro. Desconectar os fios de conexão do potenciômetro. Medir a resistência elétrica entre os bornes indicados por 2 e 3. Resistência medida (Zi) =________________ Ω (com capacitor de emissor). 148 Eletrônica Analógica – Pratica A resistência elétrica medida do potenciômetro é a impedância de entrada do amplificador com o capacitor de emissor conectado. O desacoplamento de CA de emissor altera sensivelmente na impedância de entrada do amplificador. Para obter a melhor precisão nas medidas de impedâncias pelo método pratico, repetir as operações pelo menos duas vezes. Impedância de entrada com o componente CA acoplado 15 – Desconectar o capacitor de emissor desligando a conexão dos bornes B9 e B10. 16 – Repetir as operações dos itens 13, 14, 15. 17 – Desconectar o capacitor retirando a conexão entre os bornes B8 e B9 e repita a operação dos itens 12, 13, 14. Resistência medida (Zi) =______________ Ω (sem o capacitor de emissor). Determinação da Impedância de saída 18 – Montar o circuito conforme o diagrama esquemático da figura a seguir. Utilizar os potenciômetros localizados no bastidor eletrônico para ajustar a amplitude do sinal de entrada e para determinar a impedância de saída do amplificador EC. 19 – Conectar um fio de ligação para simular a chave S1 da carga. Manter a chave S1 aberta (sem carga). 20 – Conectar a ponta de prova do osciloscópio na saída do circuito ao borne indicado por B8. 149 Eletrônica Analógica – Prática 21 – Ajustar o nível do sinal de entrada por meio de Pot (1KΩ) de forma a obter o máximo de sinal de saída possível sem deformação. 22 – Medir a tensão de pico a pico do sinal de saída no borne indicado por B8 com a chave S1 aberta. V saída = ____________Vpp Manter a ponta de prova do osciloscópio na saída do circuito ao borne B8. 23 – Fechar a chave S1 conectando a carga (P2) à saída do amplificador. 24 – Manter o mesmo nível de sinal na entrada. Ajustar o potenciômetro Pot (10K) de carga de forma a obter a metade do valor da tensão medida no item 23 (sem carga). Abrir a chave S1 conectando a carga (P2) à saída do amplificador. 25 – Medir a resistência elétrica do potenciômetro Pot (10K) entre os bornes 2 e 3 . O valor da resistência medida entre os pontos 2 e 3 é o valor da impedância de saída do amplificador. Resistência medida (Zout) =______________ Ω Para obter a melhor precisão nas medidas de impedâncias por meio deste método, deveria repetir as operações pelo menos duas vezes. Se a saída deste estágio amplificador tivesse que ser ligada à entrada de outro circuito, qual deveria ser a impedância de entrada deste outro circuito para obter a máxima transferência de potência? ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 26 – Descrever a validade da medição de impedâncias de entrada e saída realizada nesta experimentação. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 150 Eletrônica Analógica – Pratica EA 07: Amplificador com Acoplamento Capacitivo Amplificador em coletor comum Objetivos; 1 – Analisar a característica do amplificador na configuração coletor comum. 2 – Determinar a ganho de tensão. 3 – Observar a inversão de fase do sinal. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 07: Amplificador com Acoplamento Capacitivo; - Fonte de tensão ajustável de 0 -15V; - Gerador de funções; - Osciloscópio de duplo traço; - Multímetro; - Cabinhos de conexões. Introdução teórica O amplificador possui o coletor conectado diretamente a alimentação e o sinal amplificado é o sinal segue pelo resistor de carga de emissor (seguidor de emissor). É empregado para casamento de alta para baixa impedância. O circuito coletor comum possui ganho de tensão baixo e ganho de corrente elevada. Quando um sinal positivo é aplicado na base, a tensão que eleva na base faz com que o sinal na saída se eleve igualmente no mesmo valor. Quando o semiciclo negativo é aplicado na base, ocorre o inverso, a tensão da base diminui e a tensão de saída também diminui. Desta forma pode-se afirmar que o sinal na saída não sofre a inversão de fase. O amplificador seguidor de emissor é um amplificador de corrente e possui inúmeras aplicações. 151 Eletrônica Analógica – Prática Podemos citar, por exemplo; fontes de tensões reguladas, casamento de impedância etc. Parte experimental 1 – Conectar o bastidor de Eletrônica Analógica à uma rede de tensão adequada. 2 – Colocar o Módulo EA 07: Amplificador com Acoplamento Capacitivo no bastidor. 3 – Reconhecer o circuito amplificador do diagrama elétrico da placa a seguir. Conectar o capacitor C4 ao referencial terra ligando os bornes B8 e B10. Utilizar cabinhos curtos para a conexão. Note-se que nesta configuração o coletor está aterrado via capacitor eletrolítico C4. O sinal de saída é retirado no emissor. O coletor comum também é conhecido por seguidor de emissor. 4 – Ajustar a tensão da fonte de alimentação para +12V. Conectar o pólo positivo ao borne indicado por +VCC (B4) e o pólo negativo ao borne B1 (GND). Ajustar o potenciômetro P1 (ajuste de polarização de corrente de base) de forma a obter a tensão de aproximadamente 7 Volts entre o coletor e o 152 Eletrônica Analógica – Pratica referencial de terra. Isto seria a tensão de VRE + VCE = 7V e VR3 = 5V Este ajuste é a forma prática de definir o ponto quiescente de um amplificador classe A para pequenos sinais, VRC ± ½ de VCC, VCE ± 40% de VCC e VRE ± 10% de VCC. 5 – Medir a tensão de polarização DC do circuito e anotar na tabela 1. Tabela 1 VR2 (VRB2) VR1 VR3 (VRC) VCE VR4 (VRE) VBE (VCE+VRE) ............V ..........V .............V .............V .............V (VRB1+VRPot) .............V ................V 6 – Observar os valores medidos. Pode-se dizer que as medidas estão dentro das características de polarização do transistor? ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... Amplificador com sinal AC 7 – Ajustar o gerador de funções para um sinal senoidal, 1KHz, 4Vpp. Conectar ao circuito conforme está mostrado no diagrama elétrico a seguir. Utilizar o potenciômetro de 1KΩ do bastidor para obter sinal de baixa amplitude a ser aplicado na entrada do amplificador entre os bornes B2 e B3. 8 – Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio na saída do circuito ao borne indicado por B9 (Saída no emissor). Conectar a ponta de prova do canal 2 do osciloscópio na entrada do circuito ao borne indicado por B2. Ajustar os feixes e a base de tempo de forma a observar ambos sinais de quatro a cinco ciclos do sinal na tela do osciloscópio. 153 Eletrônica Analógica – Prática 9 – Ajustar o sinal de entrada senoidal por meio do potenciômetro Pot (1k) de forma a obter o máximo de seu sinal senoidal sem deformação na saída do amplificador. 10 – Observar as formas de ondas e fases do sinal de entrada e saída. Desenhar as formas de ondas de entrada e saída respeitando as respectivas fases. 11 – Registrar as tensões de entrada e saída a seguir. Tabela 2 Tensão de entrada (Ve) (mVpp) ........................ Vpp Tensão de saída (Vs) (Vpp) ........................Vpp 12 – Calcular o fator de amplificação. AV = Vs Ve AV = __________ dB = ____________ 13 – Concluir a experimentação descrevendo as características do amplificador em relação a fase do sinal de entrada e saída e o ganho de tensão. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 154 Eletrônica Analógica – Pratica EA 07: Amplificador com Acoplamento Capacitivo Amplificador em cascata com acoplamento capacitivo Objetivos; 1 – Verificar a influencia da tensão DC de acoplamento entre os estágios amplificadores. 2 – Ajustar a impedância de saída à entrada do estágio seguinte. 3 – Determinar experimentalmente o ganho total dos amplificadores. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 07; Amplificador com acoplamento Capacitivo; - Fonte de tensão ajustável de 0 -15V; - Gerador de funções; - Osciloscópio; - Multímetro; - Cabinhos de conexão. Introdução teórica A ligação de amplificadores cascata consiste na aplicação do sinal de saída de um estágio à entrada do seguinte, e assim sucessivamente. A ligação em cascata permite que se obtenha um ganho total igual a produto dos ganhos individuais de cada estágio: Acoplamento entre estágios consiste no elo de ligação entre um estágio e o outro. As características fundamentais do acoplamento são; Bloquear a passagem de níveis CC de polarização de um estagio para o seguinte. Permitir a passagem dos sinais CA amplificados de um estágio para o outro. Para se obter a máxima transferência de potência de um estágio para outro é necessário um casamento de impedâncias perfeito. A situação ideal, de casamento de impedâncias perfeito, raramente pode ser obtida na pratica, procurando sempre obter a melhor aproximação possível. 155 Eletrônica Analógica – Prática Parte experimental 1 – Conectar o bastidor eletrônico na rede de tensão apropriada. 2 – Colocar o Módulo EA 07: Amplificador com acoplamento Capacitivo no bastidor. Ajuste de polarização do primeiro circuito amplificador 3 – Ajustar a fonte de tensão DC para +12V. Conectar o pólo positivo da fonte ao borne indicado por +VCC (B4) e o pólo negativo da fonte ao borne indicado por GND (B1). Ajustar o potenciômetro P1 (ajuste de polarização de corrente de base) de forma a obter a tensão de aproximadamente 7 Volts entre o coletor e o referencial de terra. Isto seria a tensão de VRE + VCE = 7V e VR3 = 5V 156 Eletrônica Analógica – Pratica Este ajuste é a forma prática de definir o ponto quiescente de um amplificador classe A para pequenos sinais, VRC ± ½ de VCC, VCE ± 40% de VCC e VRE ± 10% de VCC. Ajuste de polarização do segundo circuito amplificador Para ajustar a polarização do segundo circuito, fazer o mesmo ajuste feito no primeiro circuito amplificador ajustando o potenciômetro P2 (ajuste de polarização de corrente de base) de forma a obter a tensão de aproximadamente 7 Volts entre o coletor e o referencial de terra. Isto seria a tensão de VRE + VCE = 7V e VR3 = 5V 4 – Medir as tensões de polarização DC do circuito 1 (Q1) e circuito (Q2) e anotar na tabela 1 em seguida. Tabela 1 VR2 (VRB2) Circuito amplificador 1 (transistor Q1) VR1 VR3 (VRC) VCE VR4 (VRE) VBE (VCE+VRE) .............V .............V (VRB1+VRPot) .............V VR2 (VRB2) ................V ............V ..........V .............V Circuito amplificador 2 (transistor Q2) VR1 VR3 (VRC) VCE VR4 (VRE) VBE (VCE+VRE) ............V ..........V .............V .............V .............V (VRB1+VRPot) .............V ................V Amplificador 1 como amplificador CA 5 - Ajustar o gerador de funções para onda senoidal, freqüência de 1KHz e 0,5Vpp Utilizar o potenciômetro de 1KΩ do bastidor para obter sinal de baixa amplitude a ser aplicado na entrada do amplificador entre os bornes B2 e B3. 6 – Conectar o gerador de funções e o potenciômetro conforme o esquemático a seguir. Utilizar cabinhos curtos para a conexão. 157 Eletrônica Analógica – Prática 7 – Conectar o capacitor de emissor C5 (capacitor de desacoplamento CA) ao emissor do transistor Q1 entre os bornes B9 e B10, conforme está mostrado na figura. 8 – Conectar o canal 1 do osciloscópio na saída do primeiro estágio amplificador ao borne indicado por B8. 9 – Ajustar o potenciômetro Pot (bastidor) do sinal de entrada de forma a obter o máximo de sinal na saída sem deformação. 10 – Conectar a ponta de prova do canal 2 do osciloscópio na entrada do amplificador no ponto indicado por B2. Registrar a tensão do sinal de entrada e saída do primeiro amplificador. Ve = __________mVpp Vs =____________Vpp 11 – Calcular o ganho de tensão do primeiro estágio amplificador (Q1) AV e dB. Ganho AV ⇒ AV = AV =____________ Vs Ve Ganho em dB ⇒ 20 log Vs Ve dB =_____________ Acoplamento dos amplificadores em cascata 12 – Conectar o capacitor de emissor C4 e C7 ligando os bornes B8 e B11. 13 – Conectar o capacitor “by-pass” C11 ao referencial de terra ligando os borne B16 ao borne B17. 158 Eletrônica Analógica – Pratica 14 – Ajustar a amplitude do sinal de entrada por intermédio do potenciômetro Pot (1k) do bastidor e amplitude do sinal do gerador de forma a obter um sinal senoidal sem deformação na saída. Em virtude do amplificador do segundo estágio com o capacitor de desacoplamento AC, o amplificador se torna muito sensível. O sinal aplicado na entrada será muito pequeno da ordem de 5 a 10mV. 15 – Conectar a ponta de prova do canal 2 do osciloscópio na entrada do amplificador no ponto indicado por B2. Medir a tensão do sinal de entrada (borne B2) e saída do segundo estágio amplificador ao borne B15 e anotar em seguida. (Q2) e registre-o. Ve = __________mVpp Vs =____________Vpp 16 – Calcular o ganho de tensão total do estágio amplificador AV e dB. Vs Vs Ganho AV ⇒ AV = Ganho em dB ⇒ 20loh Ve Ve AV =____________ dB =_____________ 17 – Comparar os resultados do fator de amplificação do estágio amplificador 1 e o ganho global (amplificador 1 + amplificador 2). Fazer um comentário. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 18 – Concluir a experimentação descrevendo as características de um amplificador em cascata com acoplamento de estágios com capacitor. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 159 Eletrônica Analógica – Prática 160 Eletrônica Analógica – Pratica EA 07: Amplificador com Acoplamento Capacitivo Resposta de freqüência em amplificador emissor comum Objetivos; 1 – Observar a resposta de freqüência de um amplificador montado na configuração emissor comum. 2 – Traçar a curva característica de resposta de freqüência de um amplificador. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 07: Amplificador com Acoplamento Capacitivo; - Osciloscópio de duplo traço; - Fonte de tensão ajustável de 0 -15V; - Gerador de funções; - Cabinhos de conexão. Introdução teórica Um amplificador de deve possuir a característica de reproduzir fielmente os sinais dentro da margem dessas freqüências. A capacidade de reprodução de um amplificador de uma determinada faixa de freqüência do sinal denomina resposta de freqüência. Um amplificador de áudio de alta fidelidade deve proporcionar o nível da tensão de saída constante em toda a gama de freqüências de áudio em relação a tensão do sinal de entrada. A resposta de freqüência de um amplificador pode ser determinada utilizando um gerador de funções e um osciloscópio para medir e observar o nível dos sinais de entrada e saída. Para determinar o ganho de amplificação numa freqüência determinada são aplicar na entrada uma tensão conhecida numa determinada freqüência e registrar a tensão de saída. É muito importante manter a tensão do sinal de entrada constante. Geralmente os geradores de sinais de baixa qualidade não apresentam a amplitude do sinal de saída constante em toda a gama de freqüências e sendo necessário fazer um ajuste prévio para cada freqüência registrada. A resposta de freqüência de um amplificador é representada em um gráfico de ganho de tensão em função da freqüência do sinal. 161 Eletrônica Analógica – Prática Parte experimental 1 – Conectar o bastidor de treinamento eletrônico na rede elétrica apropriada. 2 – Colocar o Modulo 07: Amplificador com Acoplamento Capacitivo no bastidor. 3 – Reconhecer o circuito amplificador do diagrama elétrico da placa a seguir. 4 – Ajustar a tensão da fonte de alimentação para +12V. Conectar o pólo positivo ao borne indicado por +VCC (B4) e o pólo negativo ao borne B1 (GND). 5 – Manter o capacitor de emissor C5 desconectado. 162 Eletrônica Analógica – Pratica Ajustar o potenciômetro P1 (ajuste de polarização de corrente de base) de forma a obter a tensão de aproximadamente 7 Volts entre o coletor e o referencial de terra. Isto seria a tensão de VRE + VCE = 7V e VR3 = 5V Este ajuste é a forma prática de definir o ponto quiescente de um amplificador classe A para pequenos sinais, VRC ± ½ de VCC, VCE ± 40% de VCC e VRE ± 10% de VCC. Utilizar o potenciômetro de 1KΩ do bastidor para obter sinal de baixa amplitude a ser aplicado na entrada do amplificador entre os bornes B2 e B3. 6 – Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio na saída ao borne indicado por B8. Conectar a ponta de prova do canal 2 na entrada ao borne indicado por B2 e o referencial de terra ao borne B3 (GND). 7 – Ajustar o potenciômetro Pot (1K) de forma a obter um sinal de amplitude aproximadamente de 2Vpp na saída sem deformação. Medir a amplitude do sinal de entrada. V entrada =___________mVpp V saída 2Vpp 8 – Ao alterar a freqüência do gerador, mantenha o nível de tensão de entrada constante para todos os valores de freqüências pedidas na tabela. 163 Eletrônica Analógica – Prática 9 – Com os dados obtidos da tabela 1. Traçar a curva característica de resposta de freqüência do amplificador emissor comum sem o capacitor de desacoplamento. 10 – Anotar a freqüência de corte no gráfico onde ocorre a queda do sinal de 3db (70,7% da tensão de entrada). Resposta de freqüência com o capacitor de emissor conectado 11 – Conectar o capacitor de emissor C5 ligando os bornes B9 e B10. 12 – Reajustar a amplitude do sinal de entrada de forma a obter 2Vpp e 1kHz na 164 Eletrônica Analógica – Pratica saída sem deformação. V entrada =_________mV V saída 2Vpp (sem o capacitor de emissor) 13 – Cuidar para que o nível do sinal do gerador aplicado na entrada seja constante. 14 – Alterar as freqüências do sinal do gerador conforme pedidos na tabela 2 e anotar tensão de saída. Ao alterar a freqüência do gerador, manter o nível de tensão de entrada constante para todos os valores de freqüências pedidas na tabela. 15 – Com os dados obtidos da tabela 1. Traçar a curva característica de resposta de freqüência do amplificador emissor comum com emissor acoplado (realimentação negativa). 16 – Anotar a freqüência de corte no gráfico onde ocorre a queda do sinal de 3db (70,7% da tensão de entrada). 165 Eletrônica Analógica – Prática A realimentação negativa de emissor afeta na resposta de freqüência do amplificador? ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 17 – Comparar os resultados da curva característica do amplificador como o capacitor de emissor e sem o capacitor, ou seja, emissor desacoplado ou acoplado. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ................................................................................................................................. ........................................................................................................................................... ................................................................................................................................. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 166 Eletrônica Analógica – Pratica EA 08: Amplificador Classe A, B e AB Amplificador em emissor comum Classe A (sinal) Objetivos; 1 – Observar o ponto de trabalho de um amplificador classe A; 2 – Verificar a corrente de repouso de um amplificador classe A. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 08: Amplificador Classe A, B e AB; - Fonte de tensão ajustável de 0 -15V; - Osciloscópio; - Gerador de funções; - Cabinhos de conexões. Introdução teórica Amplificadores classe A Como citado acima, os amplificadores classe A terão o ponto quiescente localizado próximo ao centro da reta de carga. Esse fato possibilita, aos amplificadores desse tipo, operarem com os dois semiciclos do sinal de entrada, fazendo a excursão máxima do ponto quiescente, como na figura abaixo. 167 Eletrônica Analógica – Prática Parte experimental 1 – Conectar o bastidor eletrônico (DeLorenzo) na rede de tensão elétrica adequada. 2 – Colocar a placa EA 08: Amplificador Classe A, B, e AB no bastidor. 3 – Localizar o circuito amplificador configuração par complementar na placa conforme está mostrado no diagrama esquemático a seguir. 4 – Conectar a fonte de alimentação de +12 Volts ao circuito. Pólo positivo no borne indicado B4 e pólo negativo no borne indicado B1. 168 Eletrônica Analógica – Pratica 5 – Conectar o capacitor de emissor C5 ligando os bornes B9 e B10. Ajustar o potenciômetro P1 (ajuste de polarização de corrente de base) de forma a obter a tensão de aproximadamente 7 Volts entre o coletor e o referencial de terra. Isto seria a tensão de VRE + VCE = 7V e VR3 = 5V Este ajuste é a forma prática de definir o ponto quiescente de um amplificador Classe A para pequenos sinais, VRC ± ½ de VCC, VCE ± 40% de VCC e VRE ± 10% de VCC. 6 – Medir a tensão de polarização DC do circuito e anotar na tabela 1. Tabela 1 VR2 (VRB2) VR1(VRB1 +VRPot) VR3 (VRC) VCE VR4 (VRE) VBE (VCE+VR E) .............V ................V ............V ..........V .............V .............V .............V Pode-se dizer que as medidas estão dentro do padrão de polarização do transistor para funcionar em classe A com relação aos valores medidas das tensões do circuito? ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... Amplificador de sinal AC (tensão) em classe A 7 – Ajustar o gerador de funções para um sinal senoidal, 1KHz, 1Vpp. Conectar ao circuito conforme está mostrado no diagrama elétrico a seguir. Utilizar o potenciômetro de 1KΩ do bastidor para obter sinal de baixa amplitude a ser aplicado na entrada do amplificador entre os bornes B2 e B3. 8 – Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio na saída do circuito ao 169 Eletrônica Analógica – Prática borne indicado por B8. Conectar a ponta de prova do canal 2 do osciloscópio na entrada do circuito ao borne indicado por B2. Ajustar os feixes e a base de tempo de forma a observar ambos sinais de quatro ou cinco ciclos do sinal na tela do osciloscópio. 9 – Ajustar o sinal de entrada senoidal entre os bornes B2 e B3 por meio do Potenciômetro Pot (1kΩ) de forma a obter um sinal senoidal na saída do Amplificador sem deformação. 10 – Reproduzir as formas de ondas de entrada e saída no gráfico de tela em seguida. Observando os sinais de entrada e saída, pode se dizer que o amplificador possui a configuração classe A? ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... O que caracteriza um amplificador de sinal em classe A? ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 11 – Concluir a experimentação descrevendo as características de um amplificador classe A. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 170 Eletrônica Analógica – Pratica EA 08: Amplificador Classe A, B e AB Amplificador em classe B e AB (push–pull) Objetivos; 1 – Familiarizar com amplificador push-pull com par complementar NPN e PNP. 2 – Observar a característica de impedância de saída do amplificador coletor comum. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 08: Amplificador Classe A, B, e AB; - Osciloscópio de duplo traço; - Gerador de funções; - Fonte de tensão ajustável de 0 – 15V; - Cabinhos de conexão. Introdução teórica Amplificadores classe B Nesse tipo de amplificador, o ponto quiescente está localizado no corte, ou seja, VBEQ = 0V. Esse fato faz com que as montagens classe B tenham algumas peculiaridades. A primeira peculiaridade é que são necessários dois transistores operando em contrafase, ou seja, cada um opera em um dos semiciclos de sinal de entrada. O segundo ponto peculiar é o de que a forma de onda de saída apresenta uma pequena distorção nos pontos próximos à passagem por zero do sinal. Essa distorção é causada pela não linearidade da curva de entrada (Vbe x ib) dos transistores. Essa distorção é conhecida como distorção de cruzamento (crossover). O terceiro fato peculiar da classe B é o de que não há consumo de potência da fonte quando o sinal de entrada é nulo. 171 Eletrônica Analógica – Prática Esse consumo de corrente, que é muito grande nos amplificadores classe A, é denominado corrente de repouso. O fato de haver uma corrente de repouso implica em um consumo de energia da fonte, mesmo que o amplificador não esteja atuando. Outro ponto importante é o de que o rendimento dos amplificadores classe B é maior que a classe A, exatamente por causa da ausência de uma corrente de repouso. O rendimento pode ser definido através da relação entre potência entregue à carga e a absorvida da fonte. Fórmula; η= PL ⋅ 100 PF Onde: PL = Potência RMS entregue à carga. PF = Potência Média drenada da fonte. Amplificadores classe AB Nos amplificadores classe B há o inconveniente do crossover (deformação de transição). Para resolver esse problema, basta que os transistores sejam polarizados um pouco acima do corte. O amplificador Classe AB deve possuir uma pequena corrente de repouso da ordem de 10 a 20mA. Quando o sinal na base de V4 e V5 recebe um sinal de entrada menor que 0,7 Vpp, o circuito comporta-se como amplificador de classe A. Quando o sinal de entrada for de valor superior a 0,7Vpp o amplificador comporta-se como amplificador de Classe B. A configuração do amplificador é coletor comum ou seguidor de emissor. O ganho de tensão deste tipo de amplificador é menor que unidade. O ganho de corrente é elevada, portanto produz ganho de potência. O amplificador apresenta impedância de entrada média e uma impedância de saída bastante baixa. O amplificador de potência de áudio push-pull classe AB constituído de dois transistores em par complementar NPN e PNP. Basicamente o circuito é conectado na configuração coletor comum, ou seguidor de emissor. Esta configuração permite obter impedância de saída bastante baixa e uma elevada corrente sobre a carga RL. 172 Eletrônica Analógica – Pratica Parte experimental 1 – Conectar o bastidor eletrônico (DeLorenzo) na rede de tensão elétrica adequada. 2 – Colocar a placa EA 08: Amplificador Classe A, B, e AB no bastidor. 3 – Localizar o circuito amplificador configuração par complementar na placa conforme está mostrado no diagrama esquemático a seguir. 4 – Conectar a fonte de alimentação de +12 Volts ao circuito. Pólo positivo no borne indicado B4 e pólo negativo no borne indicado B1. 173 Eletrônica Analógica – Prática Amplificador classe B (par complementar PNP e NPN) 5 – Conectar um miliamperímetro entre os bornes B15 e B16. Pólo positivo ao borne indicado por B15 (A) e o pólo negativo ao borne indicado por B16 (B). 6 – Ajustar a corrente de coletor por meio do potenciômetro P2 de forma a obter a uma corrente nula (0A) circulante pelo circuito. Esta medida pode ser efetuada ligando um cabinho de conexão entre os bornes B12 e B13. Utilizar cabinho de conexão curta. Retirar o miliamperímetro do circuito. Conectar um fio de conexão entre os bornes B14 (A) e B15 (B) de forma a conectar a alimentação do circuito amplificador. 7 – Medir as tensões do circuito. Tabela 1 VCC .............V VBE (Q2) ................V VBE (Q3) ............V VCE (Q2) .............V VCE (Q3) .............V O amplificador com transistor em par complementar PNP e NPN, a tensão VCE deverá ser aproximadamente a metade do valor da tensão de VCC. 8 – Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio na saída do circuito ao borne indicado por B18, carga de 270Ω. 9 – Ajustar o gerador de funções para uma onda senoidal, 1kHz. 174 Eletrônica Analógica – Pratica Ajustar a amplitude do sinal para 2Vpp e aplicar na entrada do amplificador. Notar a forma de onda na saída do amplificador. O efeito de cruzamento dos sinais pode ser visto o cruzamento de linhas do semiciclo (cross-over). 10 – Desenhar a forma de onda, com efeito, de cruzamento de linhas (cross-over) Amplificador classe AB (par complementar PNP e NPN) 11 – Manter o circuito nas mesmas condições. Retirar o, “curto”, o cabinho de conexão entre os bornes B12 e B13, caso tenha feito esta opção de corrente nula nos transistores. Desconectar o gerador de funções da entrada do amplificador. 12 – Conectar um miliamperímetro entre os bornes B14 e B15. 13 – Ajustar o potenciômetro P2 vagarosamente até obter uma corrente de aproximadamente de 10mA , com o gerador de sinais desconectado da entrada do amplificador. Com a corrente de repouso, o efeito de cruzamento deverá desaparecer. A presença da corrente de repouso nos transistores, o amplificador passa a funcionar com classe AB. Classe A para sinais inferiores a 0,7V e classe B para sinais superiores a 0,7V. 175 Eletrônica Analógica – Prática 14 – Conectar o gerador de funções na entrada. Pode-se manter o miliamperímetro conectado aos bornes B14 e B15 de forma a observar o consumo do amplificador de potencia. 15 – Ajustar a amplitude do sinal do gerador de forma a obter o máximo de amplitude do sinal na saída do amplificador sem distorção. 16 – Medir a tensão de entrada e saída. Lembrar-se que o amplificador de potencia é do tipo coletor comum. O ganho de tensão é baixo, porem o ganho de corrente é elevada. Para obter sensibilidade na tensão de entrada, será necessária acrescentar um amplificador de tensão Classe A localizado na placa. Opcional 17 – Ajustar a polarização do circuito amplificador de tensão e conectar ao amplificador de potencia. 18 – Conectar um alto-falante na saída de potencia do amplificador ao borne B18 e B19. 19 – Concluir a experimentação descrevendo as características do amplificador classe B e AB. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 176 Eletrônica Analógica – Pratica EA 09: Características do BJT – JFET – MOSFET Curva característica de BJT Objetivos; 1 – Traçar a curva característica do transistor bipolar. 2 – Traçar a reta de carga de um circuito. 3 – Traçar a curva característica de potência do transistor Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 09: Características do BJT – JFET - MOSFET - Multímetro digital; - Fonte de Alimentação DC 0 – 12V - Cabinhos de conexão. Introdução teórica Um transistor pode ser ligado em três configurações distintas: emissor comum, base comum e coletor comum. Para expressar o comportamento do transistor nas diversas configurações utilizam-se curvas características. As curvas características permitem definir o ponto de trabalho de um transistor. A configuração mais usada é a de emissor comum, desta forma a curva geralmente fornecida pelos fabricantes é a característica de saída em emissor comum. 177 Eletrônica Analógica – Prática Parte experimental 1 – Conectar o bastidor eletrônico (DeLorenzo) na rede elétrica de tensão adequada. 2 – Colocar o Módulo EA 09: Características do BJT – JFET - MOSFET 3 – Localizar os componentes com valores adequados e montar o circuito da figura a seguir. O Circuito mostra como conectar o amperímetro e voltímetro para efetuar as medidas ce corrente e tensão do circuito. Para agilizar as medidas de corrente e tensão pode-se utilizar dois multímetros digitais e um osciloscópio ajustado para medir tensão DC. 4 – Conectar uma fonte de +5V ao borne B1 do circuito da corrente de base. Conectar uma fonte DC de +12V na alimentação do coletor do transistor. 178 Eletrônica Analógica – Pratica 5 – Ajustar cuidadosamente a corrente IB por meio do potenciômetro P1 conforme o valor registrado na tabela 1. Ajustar a tensão Vce por meio do potenciômetro P2 para os valores registrados na Tabela 1. Anotar a corrente Ic do coletor na tabela 1 6 – Traçar uma curva característica do transistor na configuração EC empregando os dados da tabela1. 179 Eletrônica Analógica – Prática 7 – Calcular a potencia de dissipação do transistor utilizando os dados da tabela 1. Potência de dissipação do transistor = ______________mW 8 – Traçar a curva de potencia sobre o gráfico da curva característica considerando a potencia de dissipação do transistor calculado. 9 – Traçar a reta de carga considerando Vce = 10V e Ic = 0 mA, Vce = 1V. 10 – Com que finalidade a reta de carga é traçada sobre a curva característica de saída do transistor? ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 11 – Concluir a experimentação validando o levantamento da curva característica, curva de potência e reta de carga de funcionamento do transistor. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 180 Eletrônica Analógica – Pratica EA 09: Características do BJT – JFET – MOSFET Curva característica de JFET Objetivo; 1 – Traçar a curva de Dreno de um transistor JFET. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 09: Características do BJT – JFET - MOSFET - Multímetro digital; - Fonte de Alimentação DC 0 – 12V - Cabinhos de conexão. Introdução teórica A curva característica de dreno do JFET possui uma semelhança com as curvas de um transistor bipolar. Há uma região de saturação, uma região ativa, uma região de ruptura e uma região de corte. Condição para VGS = 0V é conhecida como a condição de porta em curto porque ela é equivalente a um curto entre porta e a fonte. A tensão VGS = 0V a corrente de dreno aumenta rapidamente até que VDS atinja aproximadamente 4V. Além desse valor de VDS, a corrente de dreno se nivela e torna-se praticamente horizontal. Neste ponto a corrente é praticamente constante. Acima desse ponto o JFET rompese. A tensão de polarização do JFET é negativa. Na figura em seguida está mostrado a simbologia do transistor unipolar JFETN e JFETP. 181 Eletrônica Analógica – Prática Parte experimental 1 – Conectar o bastidor eletrônico (DeLorenzo) na rede elétrica de tensão adequada. 2 – Colocar o Módulo EA 09: Características do BJT – JFET - MOSFET 3 – Localizar os componentes com valores adequados e montar o circuito da figura a seguir. O Circuito mostra como conectar o amperímetro e voltímetro para efetuar as medidas ce corrente e tensão do circuito. Para agilizar as medidas de corrente e tensão pode-se utilizar dois multímetros digitais e um osciloscópio ajustado para medir tensão DC. 4 – Ajustar a fonte de tensão simétrica para 12V. Conectar a tensão negativa no borne B3 e a tensão positiva ao borne B32 conforme está mostrado na figura mostrado no item 3. 182 Eletrônica Analógica – Pratica 5 – Ajustar cuidadosamente a tensão negativa do potenciômetro P1 (tensão de Gate) conforme os valores pedidos na tabela 1. Ajustar a tensão de Dreno por meio do potenciômetro P2 para os valores pedidos na tabela 1 e registrar a corrente Dreno-Source. Tensão dreno – fonte (VDS) Tensão VGS(V) Corrente dreno – fonte (IDS) 1V 2V 4V 6V 8V 10V 12V 14V 0V -1V -2V -3V -4V -5V 6 – Traçar uma curva característica da corrente e tensão Dreno transistor JFET empregando os dados levantados na tabela 1. 7 – Concluir a experimentação descrevendo as características de corrente e tensão observada no transistor unipolar JFET. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 183 Eletrônica Analógica – Prática 184 Eletrônica Analógica – Pratica EA 09: Características do BJT – JFET – MOSFET Curva característica de MOSFET Objetivos; 1 – Traçar a curva característica do transistor bipolar. 2 – Traçar a reta de carga de um circuito. 3 – Traçar a curva característica de potência do transistor Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 08: Características do BJT – JFET - MOSFET - Multímetro digital; - Fonte de Alimentação DC 0 – 12V - Cabinhos de conexão. Introdução teórica MOSFET tipo DEPLEÇÃO É um transistor designado para aplicações em circuitos de chaveamento para baixa potencia. Na figura em seguida está mostrado o encapsulamento do transistor e a simbologia. Na figura em seguida está mostrada a região da curva característica de corrente de fonte de dreno do D-MOSFET. 185 Eletrônica Analógica – Prática Parte experimental 1 – Conectar o bastidor eletrônico (DeLorenzo) na rede elétrica de tensão adequada. 2 – Colocar o Módulo EA 09: Características do BJT – JFET - MOSFET 3 – Localizar os componentes com valores adequados e montar o circuito conforme está mostrado diagrama esquemático em seguida. O Circuito mostra como conectar o amperímetro e voltímetro para efetuar as medidas ce corrente e tensão do circuito. 186 Eletrônica Analógica – Pratica Para agilizar as medidas de corrente e tensão pode-se utilizar dois multímetros digitais e um osciloscópio ajustado para medir tensão DC. 4 – Conectar uma fonte de +12V ao borne B3 do circuito da tensão de gate. Conectar uma fonte DC de +12V na alimentação do dreno do transistor. 5 – Ajustar cuidadosamente a tensão VGS por meio do potenciômetro P1 conforme o valor registrado na tabela 1. Ajustar a tensão VDS por meio do potenciômetro P2 para os valores registrados na Tabela 1. Anotar a corrente Ic do coletor na tabela 1 Tabela 1 Tensão Tensão Dreno – Fonte (VDS) (V) VGS Corrente Dreno ID (mA) (volt) 0V 1V 2V 3V 4V 5V 6V 3V 4V 5V 6V 7V 8V 9V 7V 8V 9V 10V 11V 12V 6 – Traçar uma curva característica da corrente Dreno Fonte empregando os dados anotados na tabela 1. 7 – Concluir a experimentação validando o levantamento da curva característica, curva de potência e reta de carga de funcionamento do transistor. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 187 Eletrônica Analógica – Prática ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 188 Eletrônica Analógica – Pratica EA 11: UJT – SCR – DIAC – TRIAC Características do DIAC Objetivos; 1 – Conhecer o funcionamento do disparo de um Diac. 2 – Observar as formas de ondas de um Diac. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 11: UJT – DIAC – SCR – TRIAC; - 1 transformador de 15VCA + 15VCA 250mA (bastidor eletrônico); - Osciloscópio de duplo traço; - Multímetro digital; - Cabinhos de conexão. Introdução teórica O DIAC é um componente formado basicamente por uma combinação paralela inversa de camadas semicondutoras com dois terminais, que permite disparo em qualquer direção. A curva característica do DIAC mostra que há uma tensão de ruptura em ambas as direções. Esta possibilidade de condição de condução em qualquer sentido permite uma grande aplicação em circuitos de CA. 189 Eletrônica Analógica – Prática Parte experimental 1 – Conectar o bastidor eletrônico (DeLorenzo) na rede elétrica adequada. 2 – Pegar o Módulo EA 11: UJT – DIAC – SCR – TRIAC e localizar o componentes para a montagem do circuito. 3 – Localizar o circuito formado por D1 e R1 (1k 2w) a seguir. Montar o circuito da figura em seguida. 4 – Localizar no painel do bastidor, os bornes que fornecem as tensões AC de 15VCA + 15VCA. Utilizar cabinhos curtos para a conexão do circuito. Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio aos bornes indicados por B15 e o referencial de terra ao borne indicado por B6. Conectar a ponta de prova do canal 2 do osciloscópio aos bornes indicados por B2 . O referencial de terra e o referencial de terra ao borne indicado por B15. 190 Eletrônica Analógica – Pratica 5 – Mudar a sensibilidade de entrada da ponta de prova do osciloscópio do canal 1 que está conectado ao borne indicado por B15 para X10, a fim de que possa visualizar a forma de onda senoidal completa na tela do osciloscópio. 6 – Ajustar o feixe de varredura do osciloscópio de ambos os canais para que possa visualizar os dois sinais ao mesmo tempo, ou seja, o sinal de entrada senoidal e o sinal de disparo do DIAC na tela do osciloscópio simultaneamente. 7 – Medir a amplitude da tensão de disparo carga R1 com auxílio de um osciloscópio e anote a seguir. Tensão sobre a carga R3 (Vpp) .........................Vpp 8 – Ajustar as entradas dos canais 1 e 2 de tal forma a visualizar os dois sinais na tela do osciloscópio. Reproduzir a forma de ondas dos sinais observada na tela de osciloscópio a seguir. Por quê a forma de onda do sinal de disparo do DIAC não é senoidal, como o sinal aplicado à entrada do circuito? ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 191 Eletrônica Analógica – Prática 9 – O DIAC poderia ser ligado a uma fonte de tensão sem o resistor (carga) em série? Por quê? ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... É possível mudar a tensão de disparo do DIAC usado nesta experiência? Por quê? ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 10 – Citar um exemplo de aplicação do DIAC. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 192 Eletrônica Analógica – Pratica EA 11: UJT – SCR – DIAC – TRIAC Características do SCR Objetivos; 1 – Conhecer as características do disparo de SCR. 2 – Verificar o funcionamento por meio de condições de disparo e bloqueio. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 11: UJT – DIAC – SCR – TRIAC; - Osciloscópio de duplo traço; - Fonte de tensão DC variável de 0 - 12V; - Multímetro digital; - 1 lâmpada de 12V (250mA); - Cabinhos de conexão. Introdução teórica SCR é um componente semicondutor que funciona de forma unidirecional. O SCR é constituído por quatro camadas (PNPN) e por três terminais; o anodo (A), o catodo (K) e o gate (G). Tiristor é o termo utilizado para denominar este dispositivo. É por meio de gate (ou gatilho) que o tiristor controla os altos níveis de corrente do anodo e da carga. Na figura abaixo está mostrado um circuito equivalente montado com dois transistores. 193 Eletrônica Analógica – Prática Parte experimental 1 – Conectar o bastidor eletrônico (DeLorenzo) na rede elétrica adequada. 2 – Pegar o Módulo EA 11: UJT – DIAC – SCR – TRIAC e colocar ao bastidor. 3 – Montar o circuito da figura a seguir com os componentes disponíveis na placa do módulo. Utilizar o potenciômetro de 1KΩ localizado no painel do bastidor eletrônico. 4 – Conectar a fonte de +5V no potenciômetro Pot (1kΩ) conforme está indicado na no diagrama esquemático mostrado na figura. Utilizar um cabinho de conexão para simular a chave S1 do circuito. Manter a chave S1 aberta. 194 Eletrônica Analógica – Pratica 5 – Fazer a conexão no circuito de SCR conforme o circuito mostrado em seguida. Conectar a lâmpada de 12V (250mA) em paralelo com o resistor de 1K 2W. Inserir um miliamperímetro entre o Gate e o resistor R5. Manter a polaridade correta nos seus terminais para medir a corrente de disparo do SCR. 6 – Ajustar a fonte de tensão DC para 12V e conectar ao borne indicado por +VCC (B8). Fechar a chave S1 (cabinho de conexão) 7 – Ajustar a fonte de tensão VG para 0Ventre os pontos B28 e o referencial de terra 8 – Variar a fonte de tensão G2 da tensão de gate vagarosamente até a lâmpada acender. A lâmpada acenderá bruscamente, o que significa a corrente IG atingiu o ponto de disparo do SCR. 9 – Registrar a corrente de gate a seguir. Corrente de disparo IG (mA) .....................................mA 10 – Zerar a fonte de tensão VG que foi aplicada no Gate do SCR. 11 – Manter o circuito nesta condição. Desconectar o miliamperímetro abrindo o circuito de “gate” entre os bornes B6 e B7. 12 – A lâmpada permanece acesa ou apagada com o gate do SCR desativado? 195 Eletrônica Analógica – Prática Explique a ocorrência. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 13 – Desligar momentaneamente (desligar e ligar) a chave S1 do circuito. Observar o que acontece com a lâmpada (acesa ou apagada). O que pode se afirmar quando a corrente de Anodo e Catodo do SCR é interrompida por meio da chave S1. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 14 – Manter a chave S1 fechada. Retirar o miliamperímetro e conecte diretamente entre os bornes B12 e B25. 15 – Reajustar a tensão VG (pot de 1K) até que a lâmpada acenda novamente. 16 – Medir a tensão entre o anodo e catodo do SCR e registre ao quadro a seguir. A tensão mínima entre o anodo e catodo do SCR no estado de condução é a denominada, tensão de manutenção de disparo do SCR. Tensão VAK (V) .....................................mA 17 – Desativar o gate desconectando a ligação entre os bornes B12 e B25. 18 – Desconectar e reconectar a alimentação da lâmpada momentaneamente abrindo e fechando a chave S1 e observar o comportamento da lâmpada. 196 Eletrônica Analógica – Pratica 19 – Com os dados das características observadas nesta experiência com SCR em CC fazer a sua conclusão. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 197 Eletrônica Analógica – Prática 198 Eletrônica Analógica – Pratica EA 11: UJT – SCR – DIAC – TRIAC Deslocamento de fase por rede RC Objetivo; 1 – Analisar o comportamento de um circuito de deslocamento de fase por rede RC. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 11: UJT – DIAC – SCR – TRIAC; - Osciloscópio de duplo traço; - Fonte de tensão VCA de 30V (bastidor) - Cabinhos de conexão. Introdução teórica Deslocamento de fase O controle do SCR por deslocamento de fase é do tipo de circuito que emprega uma malha de defasagem com resistor e capacitor (RC). Na figura em seguida está mostrada uma rede de deslocamento de fase constituída por um resistor variável (potenciômetro) e por um capacitor conectado em série. A tensão de saída (Vs) varia em relação à tensão de entrada (Ve), de zero até aproximadamente 90°, dependendo do valor ajustado p ara o resistor R (Pot). Circuito RC de deslocamento de fase (aproximadamente 180º) O controle por variação de fase pode ser realizado por um circuito RC para o instante de excitação do SCR. 199 Eletrônica Analógica – Prática Na figura (A) está mostrado um circuito básico RC de deslocamento de fase, constituído de um transformador cujo secundário possui uma derivação central. Ainda o secundário fornece alimentação para o resistor R (potenciômetro) colocado nem série com o capacitor C. Se a tensão aplicada ao circuito anodo e catodo do SCR estiver em fase com V QA, tensão entre Q e A. Se ainda a tensão V AB for aplicada ao circuito catodo gatilho. A variação de R3 entre seus extremos (de máxima e mínima resistência), o ângulo de fase da tensão V AB com relação à tensão V QA, estará adiantada desde um valor de 180º até um valor mínimo, determinado pela relação XC e R. 200 Eletrônica Analógica – Pratica Parte experimental 1 – Conectar o bastidor eletrônico (DeLorenzo) na rede elétrica adequada. 2 – Pegar o Módulo EA 11: UJT – DIAC – SCR – TRIAC e colocar ao bastidor. Defasagem de 90 graus. 3 – Montar o circuito da figura a seguir com os componentes disponíveis na placa do módulo. Utilizar um cabinho curto para simular a chave S1. 4 – Localizar a fonte de tensão CA no painel do bastidor eletrônico. Aplicar 30VCA, conectar as extremidades de 15VCA + 15VCA (anular CT) ao circuito aos bornes indicados por B27 e B25 (GND). 201 Eletrônica Analógica – Prática 5 – Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio entre a extremidade do circuito deslocamento de fase RC indicado pelo borne B 27 e ao referencial de terra indicada pelo borne B 25 (GND). 6 – Conectar a outra ponta de prova (canal 2) no borne indicado por B29. Não é necessário conectar o cabinho terra, pois o referencial de terra do canal 1 é comum aos dois canais. 7 – Mudar a sensibilidade da ponta de prova para X10 de modo que o sinal caiba na tela do osciloscópio. Ajustar a entrada vertical de forma a observar ambos sinais do canal 1 e canal 2 simultâneo na tela. 8 – Posicionar o potenciômetro P1 para a mínima resistência. Observar a forma de onda. Ajustar a amplitude de ambos os sinais. Observar se há defasagem entre os sinais Reproduzir os sinais no gráfico de tela a seguir. 202 Eletrônica Analógica – Pratica 9 – Posicionar o potenciômetro P1 para a máxima resistência. Observar a forma de onda. Ajustar a amplitude de ambos os sinais de forma que possa visualizar as defasagem entre o sinal de entrada e o sinal sobre o capacitor. Reproduzir os sinais no gráfico de tela a seguir. Defasagem de 180 graus. 10 – Manter a mesma conexão do circuito. Conectar as pontas e provas do osciloscópio conforme a ilustração em seguida. Não é necessário conectar o referencial de terra do canal 2 ao CT, pois a ponta negativa (jacaré) é comum a ambos canais. Essa conexão se obtém a defasagem de 180 graus do sinal de entrada e saída entre CT e B28. Ajustar a amplitude de ambos os sinais de forma que possa visualizar as defasagem entre o sinal de entrada e o sinal sobre o capacitor. 11 – Mover o potenciômetro P1 de forma a observar o deslocamento de fase entre o sinal de entrada (CT e B7) do canal 2 e o sinal deslocado entre o canal 1 e CT. 203 Eletrônica Analógica – Prática Pode se afirmar que há defasagem aproximadamente entre o sinal de entrada e o sinal sobre o capacitor de 180 graus? ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 12 – Ajustar o potenciômetro e observar a defasagem e reproduzir os sinais de defasagem observada na tela do osciloscópio no gráfico de tela em seguida. 13 – Concluir a experimentação descrevendo as características observadas no circuito de rede de deslocamento RC em 90 graus e 180 graus. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 204 Eletrônica Analógica – Pratica EA 11: UJT – SCR – DIAC – TRIAC Controle de disparo de SCR por deslocamento de fase Objetivos; 1 – Observar o comportamento de um circuito deslocador de fase 2 – Analisar o funcionamento de um disparo de SCR por circuito de deslocamento de fase Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 11: UJT – DIAC – SCR – TRIAC; - Osciloscópio de duplo traço; - Fonte de tensão ajustável de 0 -15V; - Gerador de funções; - Fonte de tensão VCA de 30V (bastidor) - Cabinhos de conexão. Introdução teórica Deslocamento de fase O controle do SCR por deslocamento de fase é do tipo de circuito que emprega uma malha de defasagem com resistor e capacitor (RC). Na figura em seguida está mostrada uma rede de deslocamento de fase constituída por um resistor variável (potenciômetro) e por um capacitor conectado em série. A tensão de saída (Vs) varia em relação à tensão de entrada (Ve), de zero até aproximadamente 90°, dependendo do valor ajustado p ara o resistor R (Pot). 205 Eletrônica Analógica – Prática Controle do SCR por deslocamento de fase O SCR precisa de uma tensão mínima de anodo-catodo para que, sob uma determinada tensão de gate, o SCR dispare. O gráfico a seguir mostra o gate alimentado com a tensão VGK em fase com a tensão VAK. Mostra também a tensão mínima do gate necessária para dispará-lo. No momento “t”, a tensão de alimentação do gate ultrapassa os valores mínimos de VG, provocando com isso o disparo (figura A). Sobre a carga RL obtém-se então, a forma de onda mostrada na figura B. Muitas vezes é necessária uma faixa maior de controle do ponto de disparo do SCR dentro de todo o semiciclo positivo (0-180°). Neste caso utiliza-se um circuito deslocador de fase. Esse circuito permite um deslocamento da tensão do gate VG em relação a tensão anodo –catodo (VAK). Além de criar condições para alterar o momento de disparo do SCR. Com isso a tensão mínima VG do gate VGmín será ultrapassada em momentos diferentes dentro de 180° do semiciclo positivo. 206 Eletrônica Analógica – Pratica A malha Rc propicia a tensão de disparo do gate do SCR e permite, ao se variar o valor do potenciômetro, haja um atraso da tensão presente no gate com relação à tensão de entrada. Porém por causa dessas características esse controle, só pode ser exercido até 90 graus. Para que se controle os 180° do semiciclo positivo é necessária a introdução de um DIAC no circuito. Sua otimização é obtida acrescentando-se ainda mais um resistor e um capacitor que permitem a estabilização do circuito. Esse circuito permite controlar cargas alimentadas por CC (tensão retificada) com tensão variável. 207 Eletrônica Analógica – Prática Parte experimental 1 – Conectar o bastidor eletrônico (DeLorenzo) na rede elétrica adequada. 2 – Pegar o Módulo EA 11: UJT – DIAC – SCR – TRIAC e colocar ao bastidor. 3 – Montar o circuito da figura a seguir com os componentes disponíveis na placa do módulo. Utilizar um cabinho curto para simular a chave S1. 208 Eletrônica Analógica – Pratica 4 – Localizar a fonte de tensão CA no painel do bastidor eletrônico. Aplicar 30VCA, conectar as extremidades de 15VCA + 15VCA (anular CT) ao circuito aos bornes indicados por B2 e B16 (GND). 5 – Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio na entrada ao borne indicado por B2 e o referencial de terra ao GND. Conectar a ponta de prova do canal 2 do osciloscópio no anodo do SCR ao borne indicado por B9. Não é necessário conectar a ponta de prova de terra deste canal, pois o referencial de terra do canal 1 é comum para os dois. Ajustar a base de tempo (Time/Div) para 0,5ms de forma a visualizar os sinais na tela do osciloscópio. Ajustar os dois feixes de forma a visualizar o sinal de entrada (pulso) e o sinal de saída de forma simultânea. 6 – Variar lentamente o potenciômetro P1 até o meio curso e observar o sinal de saída no anodo do SCR. 7 – Desenhar os sinais observados na tela do osciloscópio respeitando as suas fases. 8 – Variar o potenciômetro P1 de forma a observar a atuação em todo o semiciclo positivo da tensão CA. Está correto dizer que o circuito deslocamento de fase permite o controle total do semiciclo positivo da tensão CA? Justificar. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 209 Eletrônica Analógica – Prática Desconectar as pontas de provas do canal um e o canal dois do circuito. 9 – Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio ao borne indicado por B2 e o referencial terra do osciloscópio ao borne indicado por B5 ( sobre a carga) conforme está mostrado na figura em seguida. 10 – Variar o potenciômetro P1 vagarosamente e observar o semiciclo positivo da tensão CA sobre a carga (R1 = 1K 2W). 11 – Variar o potenciômetro de forma a observar a atuação da tensão VG no semiciclo do sinal VCA. Variar a tensão VG através do potenciômetro até obter o controle superior a 90 graus da corrente de Dreno sobre a carda e desenhar em seguida. 210 Eletrônica Analógica – Pratica 12 – Conectar a ponta de prova do osciloscópio no borne indicado por B15 (DIAC) o e o referencial de terra ao borne B16 (terra). Ajustar a base de tempo e a sensibilidade de entrada vertical do osciloscópio de forma a observar o sinal de acionamento de gatilho VG (DIAC). Desenhar a forma de onda do sinal observada neste ponto. 13 – Variar o potenciômetro P1 de forma a observar a tensão VG através do DIAC. Qual a finalidade do DIAC no circuito? Descrever a sua função. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 14 – Concluir a experimentação. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 211 Eletrônica Analógica – Prática 212 Eletrônica Analógica – Pratica EA 11: UJT – SCR – DIAC – TRIAC Oscilador de relaxação com transistor UJT Objetivos; 1 – Conhecer o funcionamento do disparo de um transistor UJT. 2 – Observar as formas de onda de um oscilador com transistor UJT. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 11: Transistor UJT – DIAC – SCR – TRIAC; - Osciloscópio de duplo traço; - Fonte de tensão DC de 12V; - Cabinhos de conexão. Introdução teórica O transistor UJT apresenta a propriedade de reduzir a resistência interna relativa a base 1 (rb1) quando a tensão do emissor (VE) ultrapassa a tensão de pico (VP), indicada na curva característica. Uma vez, disparado o UJT, este atravessa uma região instável, região de resistência negativa. Esta região de resistência negativa passa a atuar na região de saturação, sendo necessário que a corrente de emissor seja superior à corrente de vale (Iv) para que o mesmo apresente uma característica aproximadamente linear. 213 Eletrônica Analógica – Prática Curva característica estática de emissor de UJT Oscilador de relaxação com UJT Inicialmente o capacitor está descarregado e o UJT está cortado. Quando a tensão no capacitor atingir a tensão Vp, o UJT é disparado, e a resistência entre E e B1 fica muito baixa. Sendo o resistor R1 propositalmente baixo leva o capacitor a uma descarga rápida. Enquanto o capacitor estiver descarregando IE é maior que IV, portanto o UJT está disparado e a tensão no emissor reduz, sendo limitada por R1. Neste momento o UJT volta ao corte novamente e o ciclo se repete. 214 Eletrônica Analógica – Pratica Parte experimental 1 – Conectar o bastidor de treinamento eletrônico na rede elétrica apropriada. 2 – Colocar Modulo EA 11: UJT – DIAC – SCR – TRIAC no bastidor. 3 – Localizar o circuito com transistor UJT e montar conforme segue o diagrama esquemático. Utilizar cabinhos curtos para a conexão. 4 – Ajustar a fonte de tensão DC para +12V. Conectar o pólo positivo +12V ao borne indicado +VCC (B8) e o pólo negativo GND ao borne indicado por GND (B4). 215 Eletrônica Analógica – Prática 5 – Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio ao circuito RC indicado pelo borne B20. Ajustar a base de tempo (Time/Div) para 0,5ms de forma a visualizar os sinais na tela do osciloscópio. 6 – Posicionar o potenciômetro P1 totalmente para a esquerda no sentido antihorário. Girar o potenciômetro vagarosamente para a direita até visualizar o sinal de carga e descarga do circuito RC do oscilador. 7 – Determinar o valor da freqüência máxima e mínima do oscilador com auxílio de osciloscópio. Ajustar a base de tempo do osciloscópio de forma a visualizar aproximadamente dois ciclos na tela ou utilizar o freqüêncímetro localizado no painel do bastidor eletrônico e anotar a freqüência mínima e máxima do oscilador UJT. Freqüência mínima de oscilação (HZ) ..............................Hz Freqüência máxima de oscilação ..............................Hz Formas de ondas do oscilador de relaxação com UJT 8 – Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio ao borne indicado por B22. Ajustar a base de tempo do osciloscópio de forma a visualizar aproximadamente três a cinco ciclos na tela. 9 – Conectar a ponta de prova do canal 2 nos pontos indicados na folha de gráficos a seguir. 10 – Desenhar as formas de ondas observadas na tela do osciloscópio. Manter a mesma base de tempo para todas as medidas respeitando as suas fases. 216 Eletrônica Analógica – Pratica Tensão Vv corresponde ao sinal RC do emissor (E) do UJT, VB2 e VB1 corresponde ao sinal das bases 1 e 2 respectivamente. 11 – Concluir a experimentação descrevendo as características observadas num circuito oscilador de relaxação com UJT. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 217 Eletrônica Analógica – Prática 218 Eletrônica Analógica – Pratica EA 11: UJT – SCR – DIAC – TRIAC Controle de disparo de SCR por UJT Objetivo; 1 – Analisar experimentalmente o funcionamento de controle de SCR por UJT. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 11: UJT – DIAC – SCR – TRIAC; - Multímetro digital; - Osciloscópio de duplo traço; - Fonte de tensão DC ajustável de 0 – 15V; - Fonte de tensão VCA de 30V (bastidor); - Lâmpada de 12V (250mA); - Cabinhos de conexão. Introdução teórica Controle do SCR por UJT O SCR também pode ser disparado a qualquer instante do ciclo com o auxílio de um UJT (transistor de unijunção) empregando como oscilador de relaxação. Este é o método mais empregado para circuitos de controle de disparo de SCR em equipamentos industriais. A baixa dissipação de potência no gate constitui-se vantagem de ser disparar um SCR com um UJT. Isso é possível porque o UJT fornece pulsos de curta duração, mas suficiente para disparar o SCR cujo gate permanece desenergizado o restante do ciclo. Os pulso de tensão gerada pela oscilação do UJT atuam no gate. Esses pulsos são sincronizados com a tensão de entrada e permitem um perfeito controle do semiciclo positivo variando o ângulo de disparo de zero a 180 graus. 219 Eletrônica Analógica – Prática Parte experimental 1 – Conectar o bastidor de treinamento eletrônico na rede elétrica apropriada. 2 – Colocar a Modulo EA 11: UJT – DIAC – SCR – TRIAC no bastidor. 3 – Montar o circuito de controle do SCR por UJT conforme está mostrado o diagrama esquemático do circuito. Utilizar cabinhos curtos para as conexões. 4 – Localizar a fonte de tensão CA no painel do bastidor eletrônico. Aplicar 30VCA, conectar as extremidades de 15VCA + 15VCA (anular CT) ao circuito aos bornes indicados por B8 e B16 (GND). 5 – Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio na entrada ao borne 220 Eletrônica Analógica – Pratica indicado por B8 e o referencial de terra ao GND. Conectar a ponta de prova do canal 2 do osciloscópio no anodo do SCR ao borne indicado por B9. Não é necessário conectar a ponta de prova de terra deste canal, pois o referencial de terra do canal 1 é comum para os dois. Ajustar a base de tempo (Time/Div) para 0,5ms de forma a visualizar os sinais na tela do osciloscópio. Ajustar os dois feixes de forma a visualizar o sinal de entrada (pulso) e o sinal de saída de forma simultânea. 6 – Variar lentamente o potenciômetro P1 até o meio curso e observar o sinal de saída no anodo do SCR. 7 – Ajustar o potenciômetro de forma a observar o pulso do UJT atuar em 90 graus do sinal CA. Note-se que a atuação do pulso no gate do SCR só ocorre no semiciclo positivo do sinal CA. 8 – Desenhar os sinais observados na tela do osciloscópio respeitando as suas fases. 9 – Variar o potenciômetro P1 de forma a observar a atuação em todo o semiciclo positivo da tensão CA. Está correto dizer que o circuito oscilador UJT permite o controle total do semiciclo positivo da tensão CA? Justificar. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... Desconectar as pontas de provas do canal um e dois do circuito. 221 Eletrônica Analógica – Prática 10 – Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio ao borne indicado por B2 e o referencial terra do osciloscópio ao borne indicado por B5 ( sobre a carga) conforme está mostrado na figura em seguida. 11 – Variar o potenciômetro P1 vagarosamente e observar o semiciclo positivo da tensão CA sobre a carga (R1 = 1K 2W). 12 – Variar o potenciômetro de forma a observar 90 graus de atuação do sinal CA. Desenhar a forma de onda a seguir. 13 – Concluir a experimentação. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 222 Eletrônica Analógica – Pratica EA 11: UJT – SCR – DIAC – TRIAC Controle de disparo de TRIAC por rede RC Objetivos; 1 – Observar o comportamento de um circuito deslocador de fase 2 – Analisar o funcionamento de um disparo de TRIAC por circuito de deslocamento de fase Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 11: UJT – DIAC – SCR – TRIAC; - Osciloscópio de duplo traço; - Fonte de tensão ajustável de 0 -15V; - Fonte de tensão VCA de 30V (bastidor) - Gerador de funções; - Cabinhos de conexão. Introdução teórica TRIAC – é um tiristor bidirecional O TRIAC conduz corrente em ambos os sentidos, conforme a polaridade positiva e negativa no gatilho. Sua principal característica e possibilitar o controle total da VCA comparado com o SCR unidirecional. A capacidade do TRIAC é menor que 100 Amper e 1KV. TRIAC são utilizados em aplicações de baixa potência, tais como controle de velocidade de motores, controle de iluminação ou temperatura. 223 Eletrônica Analógica – Prática Na figura em seguida está mostrada a curva característica do TRIAC. A condução do TRIAC ocorre nos quadrantes I, II, III, IV quadrantes mostrados na curva característica. Com o disparo do DIAC, C3 descarrega-se sobre o gatilho e C2 mantém carregando, o R3 dificulta a descarga instantânea e aumenta a constante de tempo RC. Quando o DIAC deixa de conduzir, o capacitor C2 transfere parte da sua carga para C3 e a simetria dos disparos do TRIAC permanece constante em todos os ciclos. Este tipo de circuito possibilita obter níveis baixos de tensão na carga. 224 Eletrônica Analógica – Pratica Parte experimental Esta experimentação é semelhante a de um SCR unidirecional. A utilização do TRIAC permite o controle total do ciclo da CA. 1 – Conectar o bastidor eletrônico (DeLorenzo) na rede elétrica adequada. 2 – Pegar o Módulo EA 11: UJT – DIAC – SCR – TRIAC e colocar ao bastidor. 3 – Montar o circuito da figura a seguir com os componentes disponíveis na placa do módulo. Utilizar um cabinho curto para simular a chave S1. 225 Eletrônica Analógica – Prática 4 – Localizar a fonte de tensão CA no painel do bastidor eletrônico. Aplicar 30VCA, conectar as extremidades de 15VCA + 15VCA (anular CT) ao circuito aos bornes indicados por B2 e B16 (GND). 5 – Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio na entrada ao borne indicado por B2 e o referencial de terra ao GND. Conectar a ponta de prova do canal 2 do osciloscópio no anodo do SCR ao borne indicado por B9. Não é necessário conectar a ponta de prova de terra deste canal, pois o referencial de terra do canal 1 é comum para os dois. Ajustar a base de tempo (Time/Div) para 0,5ms de forma a visualizar os sinais na tela do osciloscópio. Ajustar os dois feixes de forma a visualizar o sinal de entrada (pulso) e o sinal de saída de forma simultânea. 6 – Variar lentamente o potenciômetro P1 até o meio curso e observar o sinal de saída no anodo do SCR. 7 – Desenhar os sinais observados na tela do osciloscópio respeitando as suas fases. 8 – Variar o potenciômetro P1 de forma a observar a atuação em todo o semiciclo positivo da tensão CA. Está correto dizer que o circuito deslocamento de fase permite o controle total do semiciclo positivo da tensão CA? Justificar. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... Desconectar as pontas de provas do canal um e o canal dois do circuito. 226 Eletrônica Analógica – Pratica 9 – Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio ao borne indicado por B2 e o referencial terra do osciloscópio ao borne indicado por B5 ( sobre a carga) conforme está mostrado na figura em seguida. 10 – Variar o potenciômetro P1 vagarosamente e observar o semiciclo positivo da tensão CA sobre a carga (R1 = 1K 2W). 11 – Variar o potenciômetro de forma a observar a atuação da tensão VG no semiciclo do sinal VCA. Variar a tensão VG através do potenciômetro até obter o controle superior a 90 graus da corrente de Dreno sobre a carda e desenhar em seguida. 12 – Conectar a ponta de prova do osciloscópio no borne indicado por B15 (DIAC) o e o referencial de terra ao borne B16 (terra). Ajustar a base de tempo e a sensibilidade de entrada vertical do osciloscópio de forma a observar o sinal de acionamento de gatilho VG (DIAC). Desenhar a forma de onda do sinal observada neste ponto. 227 Eletrônica Analógica – Prática 13 – Variar o potenciômetro P1 de forma a observar a tensão VG através do DIAC. Qual a finalidade do DIAC no circuito? Descrever a sua função. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 14 – Concluir a experimentação. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 228 Eletrônica Analógica – Pratica EA 17: Amplificadores Operacionais Amplificador Inversor Objetivo; 1 – Reconhecer as características de um amplificador inversor com AOP. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 17: Amplificadores Operacionais; - Fonte de tensão simétrica +15V e -15V; - Gerador de funções; - Osciloscópio; - Cabinhos de conexão. Introdução teórica Circuitos lineares com amplificador operacional – A seguir estão apresentados alguns exemplos de circuitos lineares com AOP e suas características principais. A figura (A) está mostrada um amplificador inversor com AOP. A figura (B) está mostrada um amplificador não inversor com AOP. 229 Eletrônica Analógica – Prática Parte experimental 1 – Conectar o bastidor de treinamento de eletrônica analógica à rede de tensão elétrica adequada. 2 – Colocar Módulo EA 17: Amplificadores Operacionais no bastidor. Amplificador Inversor 3 – Fazer as conexões de modo que o circuito funcione como amplificador inversor. Fazer as conexões com cabinho curto. 4 – Ajustar a fonte de tensão simétrica DC para +12V e -12V. Conectar o pólo positivo +12V ao borne indicado por +VCC (B10) e o pólo negativo -12V ao borne indicado por –VCC (B1) e a referencial terra ao borne indicado por GND (B7). 230 Eletrônica Analógica – Pratica 5 – Conectar um gerador de funções à entrada do circuito ao borne indicado pro B6. Selecionar um sinal senoidal, 1kHz e 0,5V. 6 – Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio na entrada do circuito ao borne indicado por B4 e a ponta de prova do canal 2 do osciloscópio na saída ao borne indicado por B24 e referencial terra indicado por B25. Ajustar a base de tempo (Volt/Div) de forma a observar de três a cinco ciclos na tela. Ajustar os feixes de forma a observar o sinal de entrada e saída simultaneamente na tela do osciloscópio. 7 – Ajustar a amplitude do sinal do gerador de funções aplicado à entrada de forma a obter o máximo de amplitude do sinal na saída sem deformação. Em caso de não obter a amplitude do sinal adequado do gerador utilizar o potenciômetro de 1K localizado no bastidor eletrônico. 8 – Desenhar os sinais observados na tela do osciloscópio. 9 – Determinar o ganho do amplificador: AV = Vs Ve AV = ____________ Que relação de fase existe entre os sinais de saída e de entrada? Justificar. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... R4 A equação AV = está correta? Justificar. R1 ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 10 – Citar duas maneiras de aumentar o ganho do circuito para 10. 231 Eletrônica Analógica – Prática ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 11 – Concluir a experimentação descrevendo as características do amplificador inversor com AOP. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 232 Eletrônica Analógica – Pratica EA 17: Amplificadores Operacionais Amplificador não inversor Objetivo; 1 – Reconhecer as características de um amplificador não inversor com AOP. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 17: Amplificadores Operacionais; - Fonte de tensão simétrica +15V e -15V; - Gerador de funções; - Osciloscópio; - Cabinhos de conexão. Introdução teórica Circuitos lineares com amplificador operacional – A seguir estão apresentados alguns exemplos de circuitos lineares com AOP e suas características principais. A figura (A) está mostrada um amplificador inversor com AOP. A figura (B) está mostrada um amplificador não inversor com AOP. 233 Eletrônica Analógica – Prática Parte experimental 1 – Conectar o bastidor de treinamento de eletrônica analógica à rede de tensão elétrica adequada. 2 – Colocar Módulo EA 17: Amplificadores Operacionais no bastidor. Amplificador não Inversor 3 – Montar o circuito de forma a funcionar como amplificador não inversor. 4 – Conectar um gerador de funções à entrada do circuito ao borne indicado por B6. Selecionar uma onda senoidal, 1kHz e 0,5Vpp. 5 – Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio na entrada do circuito ao borne indicado por B15 e a ponta de prova do canal 2 do osciloscópio ao borne indicado por B24 e referencial terra indicado por B25. 234 Eletrônica Analógica – Pratica 6 – Ajustar a amplitude do sinal do gerador de funções de forma a obter o máximo de sinal sem deformação na saída do amplificador. Em caso de não obter a amplitude do sinal adequado do gerador utilizar o potenciômetro de 1K localizado no bastidor eletrônico. 7 – Desenhar as formas de ondas observadas a seguir respeitando as suas fases. 8 – Observar ambos sinais de entrada e saída na tela do osciloscópio. Pode-se afirmar que o sinal de entrada e saída está em fase? Justificar. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 9 – Determinar o ganho de amplificação do circuito. AV = Vs Ve AV = ____________ R4 está correta? Justificar. R1 ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 10 – A equação AV = 1 + 11 – Concluir a experimentação descrevendo as características observadas num amplificador inversor e não inversor com AOP. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 235 Eletrônica Analógica – Prática 236 Eletrônica Analógica – Pratica EA 17: Amplificadores Operacionais Buffer (seguidor de tensão) Objetivo; 1 – Observar a característica de um amplificador seguidor de tensão (BUFFER) com AOP. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 17: Amplificadores Operacionais; - Fonte de tensão simétrica +15V e -15V; - Gerador de funções; - Osciloscópio; - Cabinhos de conexões. Introdução teórica Circuitos lineares com amplificador operacional – A seguir estão apresentados alguns exemplos de circuitos lineares com AOP e suas características principais. A figura (C) está mostrada um amplificador inversor com AOP. O amplificador seguidor de Tensão conhecido como “BUFFER” tem como função principal reduzir a impedância de saída, ou seja, transformar uma impedância de entrada alta para uma saída baixa. Este tipo de circuito é empregado para obter casamento de impedâncias entre estágios. 237 Eletrônica Analógica – Prática Parte experimental 1 – Conectar o bastidor de treinamento de eletrônica analógica à rede de tensão elétrica adequada. 2 – Colocar Módulo EA 17: Amplificadores Operacionais no bastidor. 3 – Fazer as conexões de modo que o circuito funcione como seguidor de tensão. Fazer as conexões com cabinho curto. 4 – Ajustar a fonte de tensão simétrica DC para +12V e -12V. Conectar o pólo positivo +12V ao borne indicado por +VCC (B10) e o pólo negativo -12V ao borne indicado por –VCC (B1) e a referencial terra ao borne indicado por GND (B1). 5 – Conectar um gerador de funções à entrada do circuito ao borne indicado por B15. Selecionar um sinal senoidal, 1kHz e 4Vpp. 238 Eletrônica Analógica – Pratica 6 – Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio na entrada do circuito ao borne indicado por B15 e a ponta de prova do canal 2 do osciloscópio ao borne indicado por B24 e referencial de terra indicado por B25 (GND). Ajustar a base de tempo (Volt/Div) de forma a observar de três a cinco ciclos na tela. Ajustar os feixes de forma a observar o sinal de entrada e saída simultaneamente na tela do osciloscópio. 7 – Ajustar a amplitude do sinal do gerador de funções aplicado à entrada de forma a obter o máximo de amplitude do sinal na saída sem deformação. 8 – Observar o sinal de entrada e saída reproduzida no osciloscópio. Desenhar os sinais na tela a seguir, respeitando as suas fases. 9 – Determinar o ganho do circuito. AV = __________ 10 – Manter o osciloscópio conectado à saída, conecte o resistor R7 (carga) indicado pelo borne B17 na saída do circuito ao ponto indicado pelo borne B23. 11 – A tensão de pico a pico de saída se reduz sensivelmente com a ligação da carga? ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... Pode-se afirmar que a impedância de saída do amplificador é muito menor do que a carga (R7 = 1kΩ)? ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 239 Eletrônica Analógica – Prática 12 – Descrever aplicações do seguidor de tensão em circuitos eletrônicos. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 13 – Concluir a experimentação descrevendo as características observadas num seguidor de Tensão (buffer). ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 240 Eletrônica Analógica – Pratica EA 17: Amplificadores Operacionais Comparador Objetivo; 1 – Reconhecer um circuito Amplificador Operacional como comparador. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 17: Amplificadores Operacionais; - Fonte de tensão simétrica +15V e -15V; - Osciloscópio; - Gerador de funções; - Cabinhos de conexão. Introdução teórica Comparadores são circuitos que tem como função comparar dois sinais entre si com uma tensão de referência estabelecida. Basicamente existem dois tipos de comparadores: • Comparador não inversor. • Comparador inversor. O comparador não inversor tem o sinal de referência aplicada na entrada inversora do AOP e o sinal variável a ser comparada são aplicados na entrada não inversores. A saída apresenta uma comutação de estados quando o sinal de entrada passa por zero. O alto ganho do AOP em malha aberta amplifica a diferença de tensão existente entre a entrada não inversora e a entrada inversora do AOP e leva a saída para + V saturado ou –V saturado, conforme a diferença seja positiva ou negativa, respectivamente. A figura a seguir ilustra um comparador não inversor. Os dois tipos de comparadores têm o sinal de referência conectados a terra. Entretanto pode-se utilizar como referência tensão diferente de zero a um nível positivo ou negativo desejado. 241 Eletrônica Analógica – Prática Parte experimental 1 – Conectar o bastidor de treinamento de eletrônica analógica à rede de tensão elétrica adequada. 2 – Colocar Módulo EA 17: Amplificadores Operacionais no bastidor. Comparador de tensão DC 3 – Fazer as conexões de modo que o circuito funcione como circuito comparador. Fazer as conexões com cabinho curto. 4 – Ajustar a fonte de tensão simétrica DC para +12V e -12V. Conectar o pólo positivo +12V ao borne indicado por +VCC (B10) e o pólo negativo -12V ao borne indicado por –VCC (B1) e a referencial terra ao borne indicado por GND (B7). 5 – Conectar a tensão +12V e -12V ao potenciômetro P1. Pólo positivo ao borne 242 Eletrônica Analógica – Pratica indicado por B5 e o pólo negativo ao borne indicado por B6. Tomar o máximo de precaução para não aplicar a tensão de alimentação no cursor do potenciômetro. Caso ocorra, o potenciômetro poderá ser danificado! Ajuste nulo do comparador 6 – Conectar um cabinho de conexão entre os bornes B3 (entrada inversora) ao referencial terra. 7 – Conectar um voltímetro na saída do comparador entre os bornes indicados por B24 em relação a terra. Ajuste o potenciômetro P1 até obter 0 Volt na saída. ; Nesse ponto será notada uma instabilidade na saída, pelo fato de não haver a realimentação no circuito amplificador. Esse ponto é o limiar, onde um LED se apaga e ou outro acende. Este ajuste é feito quando se compara uma tensão qualquer em relação a uma tensão nula. 8 – Medir a tensão na entrada inversora e não inversora. Ve (inversora) = _________ Ve (não inversora) =__________ Aplicar à entrada tensões conforme os valores sugeridos na tabela 1 e ajuste o potenciômetro até obter a tensão nula na saída (zero Volt). 9 – Montar o seguinte circuito para obter as tensões na entrada inversora do comparador. Utilizar o potenciômetro de 100k localizado no bastidor eletrônico. Tomar o máximo de precaução para não aplicar a tensão de alimentação no cursor do potenciômetro. Caso ocorra, o potenciômetro poderá ser danificado! 10 – Ajustar a tensão da saída do potenciômetro P1 entre o cursor indicado pelo borne B8 em relação ao referencial de terra (B9) para os valores sugeridos na tabela 1 em seguida. Aplicar uma tensão na entrada não inversora por intermédio do 243 Eletrônica Analógica – Prática potenciômetro P1 (100k) localizado na placa conforme está sugerido na tabela 1. Aplicar uma tensão na entrada inversora de modo a obter uma tensão nula na saída e registrar na tabela 1 a seguir. 11 – Validar o resultado do circuito comparador de acordo com o resultado obtido na tabela 1. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... Comparador para sinais AC 12 – Manter as mesmas conexões do comparador. 13 – Conectar a ponta de prova do canal 1 na entrada do circuito ao borne indicado por B3 e a ponta de prova do canal 2 na saída ao borne indicado por B24. O referencial de terra ao borne indicado por B25 (GND). Ajustar a base de tempo e Volt/div vertical de forma a observar os dois sinais simultâneos na tela do osciloscópio. Posicione o feixe do canal 1 na parte superior e canal 2 na parte inferior. Ajuste a entrada vertical para o modo DC. 14 – Conectar um gerador de funções na entrada ao borne indicado por B5. Selecionar a onda senoidal 1kHz e 5Vpp. 244 Eletrônica Analógica – Pratica 15 – Ajustar a tensão da entrada não inversora para zero volt (tensão nula) por meio do potenciômetro P1. Tensão entre o borne B8 e B9 (GND). 16 – Observar as formas de onda do sinal de entrada e saída na tela do osciloscópio. 17 – Variar levemente em nível da tensão DC do potenciômetro P1 e observar o acontecimento em relação à forma de onda obtida na saída do circuito comparador. Faça um comentário. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 18 – Aplicar um sinal triangular e observar a forma de onda obtida na saída do comparador. Desenhar as formas de ondas respeitando as suas fases. 19 – Concluir a experimentação descrevendo as características observadas no comparador com AOP para sinais DC e AC. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 245 Eletrônica Analógica – Prática 246 Eletrônica Analógica – Pratica EA 17: Amplificadores Operacionais Somador Objetivo; 1 – Analisar o circuito somador com Amplificador Operacional. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 17: Amplificadores Operacionais; - Fonte de tensão simétrica +15V e -15V; - Osciloscópio de duplo traço; - Gerador de onda senoidal; - Gerador de onda quadrada; - Multímetro digital; - Cabinhos de conexão. Introdução teórica Em muitas aplicações industriais torna-se necessária a combinação de dois ou mais sinais a fim de se obter uma resultante soma ou diferença. Esses sinais podem ser alternados, de freqüências diversas, ou contínuos. A figura a seguir esta mostrada um somador com AOP. A entrada não inversora está conectada a terra. A entrada inversora está conectada a saída por intermédio do resistor de realimentação RR. No circuito mostrado, a entrada inversora é denominada “nó de soma”. Todas as correntes que chegarem a esse nó, por meio de R1 R2 e R3, serão equilibradas pela corrente de realimentação IRR. De modo, a tensão de saída é dada por: Vn   V1 V 2 V 3 Vs = −RR ⋅  + + + ... +  RN   R1 R2 R3 Pode-se observar que, variando-se o resistor de entrada (R1, R2, etc.) varia-se o “peso” com que cada tensão irá contribuir para a soma, pois os sinais participarão da soma sob a forma: V1 V 2 , , etc... R1 R2 247 Eletrônica Analógica – Prática Parte experimental 1 – Conectar o bastidor de treinamento eletrônico na rede de tensão apropriada. 2 – Colocar Módulo EA 17: Amplificadores Operacionais no bastidor. 3 – Montar o circuito somador. Configurar o circuito conforme o diagrama esquemático a seguir. Utilizar cabinhos curtos. 4 – Ajustar a fonte de tensão simétrica DC para +12V e -12V. Conectar o pólo positivo +12V ao borne indicado por +VCC (B10) e o pólo negativo -12V ao borne indicado por –VCC (B1) e a referencial terra ao borne indicado por GND (B7). 5 – Utilizar o potenciômetro do bastidor a fim de obter as tensões variáveis para aplicar às entradas do circuito somador. 248 Eletrônica Analógica – Pratica Utilizar os potenciômetros do bastidor e o potenciômetro disponível na placa (P1 = 100K) 6 – Montar o circuito conforme está ilustrado a seguir.Aplicar uma tensão de +12V aos potenciômetros, conforme está mostrado na figura a seguir. Observar cuidadosamente o potenciômetro para não inverter os bornes de alimentação. Não conectar a alimentação no cursor para evitar danificar o potenciômetro 7 – Ajustar os potenciômetros de forma a obter as tensões pedidas na tabela 1. 8 – Medir a tensão no ponto de soma (B14) e na saída do AOP ao borne indicado por Saída (B24). Anotar os valores medidos na tabela 1 na coluna um e dois. Tabela 1 Tensão de entrada (V) V1 V2 V3 Tensão no ponto (B14) Tensão na Saída (B24) Tensão de Saída calculada +0,2V +0,3V +0,4V ...............V ...............V ...............V +0,5V +0,6V +0,6V ...............V ...............V ...............V +0,8V +0,8V +0,8V ...............V ...............V ...............V +0,1V +0,6V +0,1V ...............V ...............V ...............V Ideal é possuir as fontes de tensão com resistência interna baixa e igual para todas de modo a obter resultados satisfatórios. 9 – Calcular a tensão de saída e completar a terceira coluna da tabela 1 utilizando a seguinte equação: Vn   V1 V 2 V 3 Vs = −RR ⋅  + + + ... +  Rn   R1 R2 R3 249 Eletrônica Analógica – Prática 10 – Desconectar a tensão positiva dos potenciômetros (fontes de tensões). 11 – Desconectar a tensão de +12V dos potenciômetros (fontes de tensões). 12 – Montar o circuito de fonte de tensão conforme está mostrado no diagrama esquemático a seguir. Aplicar uma tensão de -12V no potenciômetro P1 conforme está mostrado a figura em seguida. 13 – Ajustar a tensão por intermédio de potenciômetros disponíveis conforme pede a tabela 1. Medir a tensão no ponto de soma (B14) e na saída do AOP ao borne indicado por Saída (B23). Anotar os valores medidos na tabela 1 na coluna um e dois. Tabela 2 Tensão de entrada (V) V1 V2 - V3 Tensão no ponto (B14) Tensão na Saída (B24) Tensão de Saída calculada +0,1V +0,3V -0,3V ...............V ...............V ...............V +0,6V +0,7V -0,8V ...............V ...............V ...............V +0,8V +0,6V -0,6V ...............V ...............V ...............V +0,1V +0,6V -0,6V ...............V ...............V ...............V 14 – Remover as fontes de tensões das entradas do circuito somador. 15 – Conectar um gerador de funções (gerador do bastidor) com uma onda quadrada, 1Vpp e 1kHz na entrada 1 ao borne indicado por B4 (V1). 16 – Conectar um sinal senoidal , 1Vpp e 10kHz à entrada 2 ao borne indicado por B5 (V1). 17 – Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio à Saída ao borne indicado por B23. Ajustar a base de tempo de forma a visualizar os dois sinais compostos na tela do osciloscópio. 250 Eletrônica Analógica – Pratica 18 – Observar a forma de onda “adicionada” na saída do AOP. Ajustar a base de tempo de forma a observar 3 a 5 ciclos do sinal de freqüência menor (1kHz). Desenhar o sinal a seguir. Ajustar ambas as freqüências de modo a visualizar diversas formas de onda na saída. Experimentar alterar as formas de ondas e freqüências aplicadas na entrada e observar o resultado da soma dos sinais na saída do somador. 19 – Concluir a experimentação descrevendo as características observadas no circuito somador quanto a adição de tensão contínua e sinais alternados. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 251 Eletrônica Analógica – Prática 252 Eletrônica Analógica – Pratica EA 17: Amplificadores Operacionais Subtrator Objetivo; 1 – Reconhecer o circuito subtrator com amplificador operacional. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 17: Amplificadores Operacionais; - Fonte de tensão simétrica +15V e -15V; - Osciloscópio; - Multímetro; - Cabinhos de conexão. Introdução teórica O circuito subtrator com AOP é um circuito que entrega em sua saída, um sinal proporcional à diferença entre os dois sinais aplicados nas entradas. Aterrando-se a entrada V2, o circuito pode ser considerado um amplificador inversor comum. Nesse caso, a tensão de saída seria determinada pela equação; RR ⋅ V1 R1 Por outro lado, se for aterrada a entrada V1, o circuito passa a operar como amplificador não inversor. O sinal de saída, neste caso, seria: VS1 = − VS2 = R3 ⋅ V2 R2 No caso real, ou seja, com as duas entrada operando, o sinal de saída será; VS = RR ⋅ (V 2 − V1) R1 253 Eletrônica Analógica – Prática Parte experimental 1 – Conectar o bastidor de treinamento de eletrônica analógica à rede de tensão elétrica adequada. 2 – Colocar Módulo EA 17: Amplificadores Operacionais no bastidor. 3 – Fazer as conexões de modo que o circuito funcione como subtrator. Fazer as conexões com cabinho curto. 4 – Ajustar a fonte de tensão simétrica DC para +12V e -12V. Conectar o pólo positivo +12V ao borne indicado por +VCC (B10) e o pólo negativo -12V ao borne indicado por –VCC (B1) e a referencial terra ao borne indicado por GND (B7). 254 Eletrônica Analógica – Pratica 5 – Montar o circuito da figura a seguir para obter as tensões variáveis a ser aplicado na entrada do subtrator. Utilizar o potenciômetro de 100KΩ localizado no painel do bastidor eletrônico e o potenciômetro P1 localizado na placa e montar um divisor de tensão. Estar atento para não conectar a alimentação +5V no cursor do potenciômetro. Poderá danificar o potenciômetro. 6 – Ajustar a tensão e aplicar às entradas do subtrator conforme está sugerida na tabela 1. Medir a tensão de saída e anotar na primeira coluna da tabela 1. Tabela 1 Tensão nas entradas V1 V2 Tensão na saída medida (B24) Tensão na Saída calculada 1V 1V ...............V ...............V 2V 1V ...............V ...............V 0,8V 0,5V ...............V ...............V 0,8V 0,8V ...............V ...............V 0,1V 1,5V ...............V ...............V 7 – Calcular a tensão de saída para as tensões de entradas V1 e V2 da tabela 1. Completar a segunda coluna da tabela 1. Utilizar a seguinte equação: RR Vs = ⋅ (V 2 − V1) R1 Subtrator para sinais AC 8 – Conectar um gerador de sinal na condição de fornecer uma onda quadrada de 1Vpp, 1kHz, à entrada V1 (R2) do circuito. 255 Eletrônica Analógica – Prática 9 – Conectar um outro gerador de sinal na condição de fornecer uma onda senoidal de 1Vpp, 10kHz à entrada V2 (R3) do circuito. 10 – Conectar a ponta de prova do canal 1 na saída ao borne indicado por Saída (B23). Ajustar a base de tempo (Time/Div) do osciloscópio de forma a visualizar os dois sinais quadrado e senoidal (1kHz e 10kHz) na tela. 11 – Observar os sinais sincronizados. Desenhar a seguir. 12 – Ajustar o sinal em diferentes freqüências de modo a observar o resultado de diversas formas de onda na saída do circuito subtrator. 13 – Concluir a experimentação descrevendo as características observadas no circuito subtrator para sinais DC e AC. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 256 Eletrônica Analógica – Pratica EA 17: Amplificadores Operacionais Astável com AOP Objetivo; 1 – Reconhecer um circuito Amplificador Operacional como comparador. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 17: Amplificadores Operacionais; - Fonte de tensão simétrica +15V e -15V; - Osciloscópio; - Gerador de funções; - Cabinhos de conexão. Introdução teórica O circuito multivibrador astável com AOP comuta constantemente entre dois estados lógicos produzindo um trem de pulsos com uma determinada freqüência. O circuito básico de um multivibrador astável com AOP é constituído de um capacitor e de três resistores externos. A freqüência do sinal de saída pode ser calculada utilizando a seguinte formula. 1 2R2 = 2R1CIn(1 + ) f R3 Um circuito melhorado é apresentado na figura em seguida. T= A fonte deve ser simétrica e os diodos zener produzem a “climpagem” do sinal, cortando os excessos de tensão. 257 Eletrônica Analógica – Prática Parte experimental 1 – Conectar o bastidor de treinamento de eletrônica analógica à rede de tensão elétrica adequada. 2 – Colocar Módulo EA 17: Amplificadores Operacionais no bastidor. Multivibrador astável 3 – Fazer as conexões de modo que o circuito funcione como um multivibrador astável conforme a figura mostrada em seguida. Fazer as conexões com cabinho curto. 4 – Ajustar a fonte de tensão simétrica DC para +12V e -12V. Conectar o pólo positivo +12V ao borne indicado por +VCC (B10) e o pólo negativo -12V ao borne indicado por –VCC (B1) e a referencial terra ao borne indicado por GND (B7). 258 Eletrônica Analógica – Pratica 5 – Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio na saída do circuito ao borne indicado por B24. Ajustar a base de tempo (Time/Div) e a sensibilidade vertical (Volt/div) do osciloscópio de forma a observar de três a cinco ciclos na tela. Desenhar a forma de onda observada no gráfico em seguida. 6 – Determinar a freqüência do sinal com auxílio de um osciloscópio. Freqüência de oscilação = _____________Hz. Experimentar alterar a capacitância do circuito trocando por outros valores com a finalidade de observar a mudança de freqüência de oscilação. Utilizar o capacitor que está localizado no bastidor. 7 – Alterar o circuito acrescentando o potenciômetro ao circuito para variar o ganho do circuito conforme está mostrado a figura em seguida. 8 – Posicionar o potenciômetro para o mínimo de seu valor (sentido anti-horário). 9 – Conectar o canal 1 do osciloscópio na saída do circuito. Observar a forma de onda. 10 – Determinar a freqüência mínima e máxima com auxílio de um osciloscópio e 259 Eletrônica Analógica – Prática anotar em seguida. Potenciômetro P2 com mínima resistência Potenciômetro P2 com resistência máxima ........................Hz ........................Hz Descrever uma aplicação do circuito multivibrador astável com AOP. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 11 – Concluir a experimentação descrevendo as características observadas no circuito multivibrador astável com AOP. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 260 Eletrônica Analógica – Pratica EA 18: Amplificadores Operacionais Integrador com AOP Objetivos; 1 – Analisar a forma de onda de saída de um Integrador com Amplificador Operacional. 2 – Observar a resposta do integrador para diferentes formas de onda de entrada. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 18: Amplificadores Operacionais; - Osciloscópio de duplo traço; - Fonte de tensão Simétrica +15V e – 15V; - Gerador de funções; - Cabinhos de conexão. Introdução teórica Integrador Um circuito RC série é considerado um integrador quando opera numa freqüência muito maior que a freqüência de corte. Sendo o sinal de entrada uma onda quadrada (Vi) de freqüência muito maior que a freqüência de corte do circuito RC, o que significa τ = RC >>> T. 261 Eletrônica Analógica – Prática Quanto maior for a constante de tempo (τ = RC) em relação ao período, mais a forma! de onda no capacitor se aproxima de uma onda triangular sendo maior a sua linearidade. Os circuitos integradores RC apresentam limitações práticas tais como; - A ligação da carga altera o comportamento dos pulsos de saída. - Restrição quanto a largura dos pulsos de entrada. O circuito integrador com Amplificador Operacional não apresenta estas limitações, estando restrito pelas condições de saturação positiva e negativa. Na figura a seguir está mostrado um circuito integrador com AO. O resistor R2 tem como finalidade obter estabilidade ao funcionamento na pratica. Parte experimental 262 Eletrônica Analógica – Pratica 1 – Conectar o bastidor de treinamento de eletrônica analógica à rede de tensão elétrica adequada. 2 – Colocar Módulo EA 18: Amplificadores Operacionais no bastidor eletrônico. 3 – Selecionar o circuito Integrador na placa. Fazer as conexões conforme a figura a seguir. Utilizar cabinho de conexão curta. 4 – Ajustar a fonte de tensão simétrica DC para +12V e -12V. Conectar o pólo positivo +12V ao borne indicado por +VCC (B7) e o pólo negativo -12V ao borne indicado por –VCC (B1) e a referencial terra ao borne indicado por GND (B4). 5 – Conectar um gerador de funções na entrada do circuito ao borne indicado por B2. 263 Eletrônica Analógica – Prática Selecionar um sinal de onda quadrada, 5Vpp e 200Hz. 6 – Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio ao borne indicado por Entrada 1 (B2) e a ponta de prova do canal 2 do osciloscópio ao borne indicado por Saída 1 (B11). Ajustar a base de tempo (Time/Div) de forma a visualizar de três a cinco ciclos na tela do osciloscópio. Posicionar os feixes dos canais 1 e 2 de forma a observar ambos sinais simultâneos na tela do osciloscópio. Utilizar modo DC. Ajustar o potenciômetro P1 de forma a colocar o sinal de saída simétrica na saída do circuito integrador. Ajustar a amplitude do sinal de entrada de forma a obter a melhor integração do sinal. 7 – Medir a amplitude da tensão de entrada e saída com auxílio de osciloscópio e anotar no tabela a seguir. Onda quadrada de entrada (Vpp) Sinal de saída (Vpp) ...........................Vpp ...........................Vpp Observar a forma de entrada e saída. Desenhar as formas de onda observada no gráfico de tela de osciloscópio a seguir. 8 – Observar a integração do sinal de onda quadrada no circuito. Pode-se considerar “bom integrador” ou “mal integrador” para esta freqüência? Justificar. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 9 – Alterar vagarosamente a freqüência do sinal de onda quadrada aplicada à entrada do circuito a partir de 10Hz a 10kHz. 264 Eletrônica Analógica – Pratica Observar a faixa de freqüência em que o integrador pode ser considerado um “bom integrador” sem a alteração substancial da amplitude. Anotar a freqüência mínima e máxima de um “bom integrador”. Freqüência mínima = ____________Hz Freqüência máxima = ___________Hz 10 – Selecionar a melhor faixa de freqüência de um “bom integrador”. Observar a forma de onda de entrada e saída. Desenhar as formas de ondas de entrada e saída na tela a seguir. Descrever aplicações de um circuito integrador em circuitos analógicos e digitais. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... Característica do circuito integrador para o sinal triangular e senoidal 11 – Selecionar uma onda triangular com freqüência de 1kHz e 5Vpp. Aplicar à entrada do circuito. Observe o comportamento do integrador para a onda triangular. Desenhar a forma de onda de entrada e saída a seguir. 12 – Alterar vagarosamente a freqüência do gerador de 50 Hz a 5kHz (onda triangular e 5Vpp) aplicada à entrada do integrador. 265 Eletrônica Analógica – Prática 13 – Observar a forma de onda na saída do circuito em função da variação da freqüência do sinal dente de serra aplicado na entrada do circuito integrador. Descrever as características observadas. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 14 – Selecionar uma onda senoidal com freqüência de 1kHz e 5Vpp. Aplicar à entrada do circuito. Observe o comportamento do integrador para a onda senoidal. Desenhar a forma de onda de entrada e saída a seguir. 15 – Alterar vagarosamente a freqüência do gerador de 50 Hz a 5kHz, onda senoidal e 5Vpp, aplicada à entrada do integrador. 16 – Observar a forma de onda na saída do circuito em função da variação da freqüência do sinal senoidal aplicado na entrada do circuito integrador. Descrever as características observadas. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 17 – Concluir a experimentação descrevendo as características observadas num circuito integrador com AOP. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 266 Eletrônica Analógica – Pratica EA 18: Amplificadores Operacionais Diferenciador com AOP Objetivos; 1 – Analisar a forma de onda de saída de um diferenciador com Amplificador Operacional. 2 – Observar a resposta do diferenciador para diferentes formas de onda de entrada. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 18: Amplificadores Operacionais; - Osciloscópio de duplo traço; - Fonte de tensão Simétrica +15V e – 15V; - Gerador de funções; - Cabinhos de conexão; Introdução teórica Diferenciador O circuito diferenciador é essencialmente um detector de variação de tensão, aplicado principalmente na detecção de bordas de subida e descida de pulsos retangulares. A diferenciação pode ser feita por um circuito RC, desde que sejam atendidas duas condições; A tensão de saída seja tomada sobre o resistor. A largura dos pulsos for pelo menos 10 vezes maior que a constante de tempo RC do circuito. 267 Eletrônica Analógica – Prática Circuito diferenciador com Amplificador Operacional Os circuitos integradores RC apresentam limitações práticas tais como; - A ligação da carga altera o comportamento dos pulsos de saída. - Restrição quanto a largura dos pulsos de entrada. O circuito diferenciador com Amplificador Operacional não apresenta estas limitações, estando restrito pelas condições de saturação positiva e negativa. Na figura a seguir está mostrado um circuito diferenciador com AO. O resistor R2 tem como finalidade dar estabilidade ao funcionamento pratica. 268 Eletrônica Analógica – Pratica Parte experimental 1 – Conectar o bastidor de treinamento de eletrônica analógica à rede de tensão elétrica adequada. 2 – Colocar Módulo EA 18: Amplificadores Operacionais. 3 – Selecionar o circuito Diferenciado na placa. Fazer as conexões conforme a figura a seguir. Utilizar cabinho de conexão curta. 4 – Ajustar a fonte de tensão simétrica DC para +12V e -12V. Conectar o pólo positivo +12V ao borne indicado por +VCC (B7) e o pólo negativo -12V ao borne indicado por –VCC (B1) e a referencial terra ao borne indicado por GND (B4). 5 – Conectar um gerador de funções na entrada do circuito ao borne indicado por B15. Selecionar um sinal de onda quadrada, 4Vpp e 50Hz (referência). 269 Eletrônica Analógica – Prática 6 – Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio na entrada do circuito indicado pelo borne B15 e a ponta de prova do canal 2 do osciloscópio na saída do circuito indicado pelo borne, Saída 2 (B19). Ajustar os dois feixes dos canais 1 e 2 de forma a visualizar ambos sinais na tela do osciloscópio. Ajustar a base de tempo de forma a visualizar de três a cinco ciclos do sinal na tela. Ajustar o potenciômetro P2 de forma a obter (off-set) uma forma de onda simétrica na saída do diferenciador. Este ajuste permite compensar o ajuste de off set do sinal proveniente do gerador de funções. 7 – Medir as tensões de entrada e saída com auxílio de osciloscópio e anote a seguir. Onda quadrada de entrada (Vpp) Sinal de saída (Vpp) ...........................Vpp ...........................Vpp 8 – Desenhar a forma de onda de entrada e saída na tela a seguir. 9 – Alterar a freqüência do gerador de funções para 100Hz. Desenhar a forma de onda. 10 – Observar o sinal de saída diferenciada (derivada). 270 Eletrônica Analógica – Pratica Pode-se dizer que o circuito operando nesta freqüência é um bom derivador ou mau derivador? ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 11 – Alterar a freqüência do gerador de funções para 250Hz, observando a forma de onda de saída. Desenhar a figura observada na tela a seguir. 12 – Alterar a freqüência do gerador de funções para 500Hz, observando a forma de onda de saída. Desenhar a figura observada na tela a seguir. 13 – Alterar a freqüência do gerador para 1kHz ou a mais e observar a forma de onda de saída. 14 – O circuito atua como um “bom” diferenciador ao longo de uma larga faixa de freqüência? Descreva a ocorrência. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... Característica do circuito diferenciador para o sinal triangular e senoidal 15 – Alterar o sinal de entrada para uma onda triangular, 200Hz e 4Vpp. Ajustar a 271 Eletrônica Analógica – Prática potenciômetro P2 de forma a obter na saída uma onda simétrica sem deformação. 16 – Observar a forma de onda de entrada e saída. Desenhar as formas de ondas respeitando as fases. 17 – Alterar o sinal aplicado na entrada por uma onda Senoidal. Manter a freqüência do sinal em 200Hz e amplitude para 4Vpp. 18 – Observar o sinal de entrada e saída do circuito diferenciador. Desenhar os sinais de entrada e saída a seguir, respeitando as suas fases. 19 – Escrever as características apresentadas num circuito diferenciador (derivador) com sinais quadrados, triangular e senoidal aplicado na sua entrada. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 272 Eletrônica Analógica – Pratica EA 19: Osciladores Oscilador Harmônico Colpitts Objetivos; 1 – Conhecer o funcionamento do circuito oscilador harmônico Colpitts. 2 – Observar as formas de onda de um oscilador harmônico Colpitts. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 19: Osciladores; - Osciloscópio de duplo traço; - Fonte de tensão de 12V; - Cabinhos de conexão. Introdução teórica Oscilador Colpitts Os osciladores harmônicos podem se classificados em osciladores de freqüência livre ou de freqüência controlado a cristal. Na figura a seguir está mostrado um circuito oscilador harmônico do tipo Colpitts. A freqüência do sinal do oscilador é determinada pelo circuito ressonante formado pelos capacitores C3, C4 e o indutor L1. A inversão de fase é obtida pelo circuito divisor de tensão formado pelos capacitores C3 e C4 formando uma tomada central entre os terminais da bobina L1. A freqüência do sinal do oscilador é determinada pelo circuito ressonante formados pelos capacitores C3, C4 e o indutor L1. Para determinar a freqüência de ressonância do circuito oscilador, emprega-se a seguinte expressão matemática. 1 C3 ⋅ C4 fo = Ceq = 2π L ⋅ Ceq C3 + C4 273 Eletrônica Analógica – Prática Parte experimental 1 – Conectar o bastidor eletrônico (DeLorenzo) na rede elétrica adequada. 2 – Pegar o Módulo EA 19: Osciladores e localizar o circuito oscilador Colpitts a seguir. 3 – Ajustar a tensão da fonte DC para 12V. Conecte o pólo positivo da fonte no borne indicado por B1 e o pólo negativo no borne indicado B4. 4 – Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio à saída do circuito oscilador ao borne indicado por B2 e o referencial de terra ao borne indicado por B4. 5 – Ajustar a base de tempo (Time/Div) adequadamente até visualiza aproximadamente cinco ciclos na tela do osciloscópio. Reproduzir a forma de onda visualizada na tela do osciloscópio. A forma de onda não senoidal é devida ao ganho elevado do amplificador. Reduzindo o ganho do amplificador possibilita a obtenção de um sinal senoidal (harmônico). 274 Eletrônica Analógica – Pratica 6 – Medir a tensão de pico a pico do sinal e anote no quadro a seguir. Tensão de Saída (Vpp) ..........................Vpp 7 – Calcular teoricamente a freqüência de oscilação do circuito utilizando os seguintes valores de componentes; L1 = 560µH, C3 e C4 = 1nF. Use as seguintes expressões para determinar a freqüência de ressonância ; fo = 1 2π L ⋅ Ceq Ceq = C3 ⋅ C4 C3 + C4 8 – Anotar o valor da freqüência calculada no quadro a seguir. Freqüência Calculada (Hertz) ..........................Hz 9 – Medir a freqüência de oscilação do circuito com auxílio de um osciloscópio. Freqüência de Oscilação (Hertz) ..........................Hz 10 – Confrontar os valores teóricos e práticos da freqüência de oscilação do circuito. Escreva a validade desta comprovação admitindo que os componentes e o instrumento de medidas possui tolerâncias de seus valores. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... Verificação da inversão de fase do sinal de realimentação Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio ao circuito LC do oscilador ao borne indicado por B2. Conectar a ponta de prova do canal 2 do osciloscópio ao circuito LC do oscilador ao borne indicado por B3. 12 – Ajustar as entradas dos canais do osciloscópio (Volt/Div), os canais 1 e 2 de tal forma a obter os dois sinais de mesma amplitude na tela do osciloscópio. Reproduzir ambas as figuras no gráfico de tela a seguir. 275 Eletrônica Analógica – Prática 13 – Concluir a experimentação descrevendo as características de um oscilador harmônico Colpitts. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 276 Eletrônica Analógica – Pratica EA 19: Osciladores Oscilador Harmônico Duplo T Objetivos; 1 – Conhecer o funcionamento do circuito oscilador harmônico duplo T. 2 – Observar as formas de onda de um oscilador harmônico duplo T. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 19: Osciladores; - Osciloscópio de duplo traço; - Fonte de tensão de 12V - Cabinhos de conexão. Introdução teórica Oscilador Duplo T Este tipo de oscilador, a realimentação passa por um “duplo T” de tal maneira que o amplificador passa a aceitar apenas uma determinada freqüência, que é aquela para a qual o duplo T está sintonizado. Na figura a seguir está mostrado um circuito oscilador duplo T. 277 Eletrônica Analógica – Prática Parte experimental 1 – Conectar o bastidor eletrônico (DeLorenzo) na rede elétrica adequada. 2 – Pegar o Módulo EA 19: Osciladores e localizar o circuito oscilador Duplo T a seguir. 3 – Ajustar a tensão da fonte DC para 12V. Conecte o pólo positivo da fonte no borne indicado por B11 e o pólo negativo no borne indicado B12. 4 – Conectar a ponta de prova do osciloscópio, Canal 1 na saída do circuito oscilador, no borne indicado por B13 e o referencial de terra ao borne indicado por B14. 5 – Posicionar o cursor do potenciômetro P1 na metade de sua resistência. Ajuste a base de tempo de tal maneira a observar três a quatro ciclos na tela. Observe o sinal de oscilação e registre na tela a seguir. A forma de onda não senoidal é devida ao ganho elevado do amplificador. Reduzindo o ganho do amplificador possibilita a obtenção de um sinal senoidal (harmônico). 278 Eletrônica Analógica – Pratica 6 – Medir a freqüência de oscilação do circuito com auxílio de um osciloscópio. Freqüência de Oscilação (Hertz) ..........................Hz 7 – Fazer a conclusão da experimentação de acordo com as características observadas no circuito Duplo T. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 279 Eletrônica Analógica – Prática 280 Eletrônica Analógica – Pratica EA 19: Osciladores Oscilador a cristal com Portas Lógicas Objetivos; 1 – Conhecer o funcionamento do circuito oscilador. 2 – Observar as formas de onda de um oscilador a cristal Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 19: Osciladores; - Osciloscópio de duplo traço; - Fonte de tensão ajustável DC de 0 - 12V - Cabinhos de conexão. Introdução teórica Oscilador com Portas Lógicas e Cristal O circuito de figura a seguir é um gerador de clock bem conhecido e muito utilizado. Os dois inversores fornecem uma defasagem de 360° e ntre os pontos A e B. No ponto indicado B, uma parte do sinal é realimentada para (A) por meio do cristal. O sinal de realimentação sendo positivo, o circuito entra em oscilação. Cada bloco formado por uma inversora e um resistor constitui um amplificador na forma de conversor corrente para tensão. Cada inversora fornece um ganho entre a corrente na entrada e a tensão de saída de (-R). O sinal AC é acoplado entre os dois blocos por meio do capacitor C. 281 Eletrônica Analógica – Prática Parte experimental 1 – Conectar o bastidor eletrônico (DeLorenzo) na rede elétrica adequada. 2 – Pegar o Módulo EA 19: Osciladores e localizar o circuito abaixo a seguir. 3 – Ajustar a tensão da fonte DC para 12V. Conecte o pólo positivo da fonte no borne indicado por B5 e o pólo negativo no borne indicado B6. 4 – Conectar a ponta de prova do osciloscópio, Canal 1 na saída do circuito oscilador, no borne indicado por B9 e o referencial de terra ao borne indicado por B10. 5 – Ajustar a base de tempo (Time/Div) adequadamente até visualizar aproximadamente cinco ciclos na tela do osciloscópio. 6 – Medir a tensão de pico a pico do sinal e anote no quadro a seguir. 7 – Ajustar a base de tempo (Time/Div) do osciloscópio para que visualize de um a dois ciclos na tela. Com auxílio de osciloscópio, calcular a freqüência de oscilação do circuito e anote a seguir. 282 Eletrônica Analógica – Pratica 8 – Comparar o valor da freqüência calculada com a freqüência marcada na placa em 32.768kHz. ; A medição de freqüência efetuada com auxílio de osciloscópio não permite obter um valor da freqüência com precisão, porém pode-se obter um valor de freqüência aproximada. 9 – Desenhar a forma observada na tela do osciloscópio a seguir. 10 – Manter a ponta de prova do osciloscópio na saída do circuito ao borne indicado por B9 e o referencial de terra ao borne indicado por B10. Ajustar a base de tempo do osciloscópio para 10µs de forma a observar Aproximadamente três ciclos na tela. Variação de freqüência em função da variação da tensão de alimentação 11 – Conectar a ponta de prova positiva do multímetro com a escala de Volts ao borne indicado B5 e o negativo ao borne indicado por B6, borne de alimentação do circuito oscilador. 12 – Reduzir a tensão de 12V para 8V observando a tensão no voltímetro e o período do sinal de oscilação mostrado na tela do osciloscópio. 13 – Repetir a operação variando a fonte de tensão entre 8V a 12V. Observar cuidadosamente se pode notar a variação de período de oscilação com a variação da tensão de alimentação do circuito. Houve a variação do período (freqüência) do sinal de oscilação com a variação a tensão de alimentação do circuito oscilador? ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 283 Eletrônica Analógica – Prática Pode-se considerar que um oscilador a cristal apresenta boa estabilidade na sua freqüência de oscilação quando varia a tensão de alimentação? ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 14 – Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio ao borne indicado por B7 e o referencial de terra ao borne indicado por B10. Conectar a ponta de prova do canal 2 do osciloscópio ao borne indicado por B8 e o referencial de terra ao borne indicado por B10. 15 – Ajustar a base de tempo (Time/Div) do osciloscópio de tal forma a observar de três a cinco ciclos na tela. Ajustar a entrada (Volt/Div) para que possa visualizar os dois sinais em aproximadamente duas divisões verticais na tela do osciloscópio. Reproduza a forma de onda observada no gráfico de tela a seguir. 16 – Concluir a experimentação descrevendo as características observadas sobre circuito oscilador a cristal com porta lógica. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 284 Eletrônica Analógica – Pratica EA 23: Resistores-Associação de Resistores Código de cores em resistores Objetivo; 1 – Identificar valores de resistores por sistema de códigos de cores 2 – Familiarizar com o ôhmímetro na medição de resistência elétrica dos resistores Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 23: Resistores – Associação de Resistores; - Multímetro Introdução teórica Os resistores são identificados por um sistema de código de cores. As cores nos resistores podem vir impressas em quatro ou cinco faixas. Os resistores padronizados em quatro faixas podem ser conforme a ilustração a seguir. Código de cores para resistores de filme com quatro faixas Código de cores para resistores de filme com cinco faixas Parte experimental 285 Eletrônica Analógica – Prática 1 – Pegar o Módulo EA 23: Resistores – Associação de Resistores. 2 – Localizar os resistores na parte B da placa. 3 – Identificar aleatoriamente os resistores disponíveis na placa e preencha as 1ª coluna (Cores das faixas) e 2ª coluna (Valor nominal, lido) da tabela 1 a seguir. 4 – Medir a resistência elétrica dos respectivos resistores anotados na tabela 1 e anotar o valor medido na coluna (Valor Medido) na tabela em seguida. 5 – Completar a última coluna da tabela, o valor da tolerância dos resistores aplicando a equação em seguida. Tolerância ⇒ ∆R(%) = ( Vmed − Vnom ) × 100 Vnom O valor marcado no resistor confere com a medida? ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... Qual a causa de eventuais diferenças que ocorrem entre os valores nominais e medidos com o ôhmímetro? ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... EXERCÍCIOS 286 Eletrônica Analógica – Pratica 6 – Determinar os valores de resistores cujas faixas coloridas são; a - marrom, preta, vermelha, marrom = ___________Ω; tolerância:____ (%) b - laranja, marrom, verde, ouro =___________Ω; tolerância: ____(%) c – laranja, preta, preta, marrom = ___________Ω; tolerância: ____(%) d - laranja, cinza, vermelho, vermelho =___________ Ω; tolerância: ____(%) e - vermelho, azul, verde, marrom, ouro =___________Ω; tolerância: ____(%) 7 – Assinalar as cores correspondentes conforme os valores dos resistores a seguir. a - 56kΩ 5% = ____________,_____________,____________,___________ b - 27kΩ 5% = ____________,_____________,____________,___________ c - 47kΩ 2% = ____________,_____________,____________,___________ d - 39kΩ 1% = ____________,_____________,____________,___________ 8 – Completar a - 470Ω b - 12kΩ c - 6,8Ω d - 220kΩ e - 2,7MΩ f - 0,39Ω as cores que faltam para o valor dos resistores a seguir. 1% = Amarelo , ____________, marrom , _________ 5% = ____________ , vermelho , ___________, _________ 1% = Azul , cinza , ___________, _________ 5% = ____________ , ____________ , amarelo , _________ 1% = Vermelho , violeta , ___________, _________ 2% = ____________ , ____________ , prata , _________ 9 – Fazer as conversões de valores (Múltiplos e Submúltiplos da unidade) 680Ω = _______________kΩ 3,3kΩ = ______________Ω 1,5MΩ = _______________kΩ 180kΩ = ______________MΩ 2,7kΩ = _______________Ω 0,15MΩ = ______________kΩ 3,9kΩ = _______________MΩ 0,0047MΩ = ______________Ω 10 – Qual a denominação do instrumento destinado a medida de resistência elétrica? ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 11 – Descrever uma aplicação em circuito elétrico utilizando o efeito da resistência elétrica. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 287 Eletrônica Analógica – Prática 288 Eletrônica Analógica – Pratica EA 23: Resistores-Associação de Resistores Associação de resistores em série Objetivos; 1 – Comprovar a resistência equivalente de uma associação de resistores série. 2 – Medir a resistência equivalente de uma associação de resistores. 3 – Medir as correntes numa associação de dipolos em série. 4 – Medir as tensões numa associação de dipolos em série. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 23: Resistores – Associação de Resistores; - Fonte de tensão DC ajustável 0 – 12V - Multímetro; - Cabinhos de conexão. Introdução teórica Uma associação de resistores é denominada série quando os resistores que a compõem estão interligados de forma que exista apenas um caminho para a circulação da corrente entre os seus terminais. A resistência total equivalente é a soma das resistências parciais. Req = R1 + R2 + R3 + ... + Rn. Bipolos elétricos estão ligados (ou associados) em série quando a corrente que passa por um deles é a mesma que passa por todos os outros. I T = I R1 = I R2 = I R3 = I R4 VCC = VR1 + VR2 + VR3 + VR4 +...+ VRn A potência total do circuito série é; Pt = PR1 + PR2 + PR3 + PR4 289 Eletrônica Analógica – Prática Parte experimental Associação série de resistores 1 – Colocar o Módulo EA 23: Resistores – Associação de Resistores no bastidor. 2 – Localizar os valores dos resistores necessários para a montagem do circuito na placa. 3 – Montar o circuito da figura a seguir. Fazer as conexões com auxílio de cabinhos de ligação entre os bornes de seus respectivos componentes da placa. 4 – Calcular a resistência equivalente do circuito (R1, R2, R3, R4) Req (calculada) = ________________Ω 5 – Medir a resistência total do circuito conectando a ponta de prova do ôhmímetro entre os bornes indicados B1e B3. Req (medida) = _____________Ω 290 Eletrônica Analógica – Pratica O valor confere com a calculada? ...................................................................................................................................... 6 – Comparar o valor real medido com o valor calculado. O resultado foi diferente? Justificar. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 7 - Ajustar a fonte de tensão DC para 5V. 8 – Conectar ao circuito conforme está mostrado na figura em seguida. 9 – Medir as correntes do circuito série aos pontos indicados por I1, I2, I3 I4 e I5, e anote na tabela 1 em seguida. Atenção! Para medir corrente em um dipolo, é necessário abrir o circuito e conectar o miliamperímetro em série com o circuito e com polaridade correta. Observe a figura mostrada em seguida. Tabela 1 I1 I2 I3 I4 I5 10 – Calcular a corrente total do circuito aplicando a lei de Ohm. 291 Eletrônica Analógica – Prática 11 – Comparar a corrente total calculada com os valores das correntes medidas no item 9. O que se pode observar nos resultados das medidas da corrente neste circuito? ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... É correto afirmar que numa associação de dipolos (resistores) em série a corrente total que circula num dipolo é a mesma que circula na outra? ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 12 – Medir as tensões dos resistores do circuito com auxílio de um multímetro e anotar na tabela 2 em seguida. Tabela 2 VCC ................. V VR1 VR2 VR3 VR4 ................. V ................. V ................. V ................. V É correto afirmar que numa associação de dipolos (resistores) em série a soma das tensões dos dipolos é a tensão aplicada pelo gerador? ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 292 Eletrônica Analógica – Pratica EA 23: Resistores-Associação de Resistores Associação de resistores em paralelo Objetivos; 1 – Comprovar a resistência equivalente de uma associação de resistores paralelo. 2 – Medir a resistência equivalente de uma associação de resistores. 3 – Medir as correntes dos dipolos numa associação em paralelo. 4 – Medir as tensões dos dipolos numa associação em paralelo. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 23: Resistores – Associação de Resistores; - Fonte de tensão DC ajustável 0 – 12V - Multímetro; - Cabinhos de conexão. Introdução teórica Uma associação de bipolos elétricos em paralelo a tensão sobre um deles é a mesma sobre todos os outros. A corrente num circuito paralelo existem mais de um caminho para a circulação da corrente elétrica nos terminais dos dipolos. VR1 =VR2 + VR3 = VR4 = VRn... A corrente no circuito paralelo pode ser obtida a partir da 1ª Lei de Kirchhoff. I T = I R1 + I R2 + I R3 + I R4 +... + I Rn O valor da resistência equivalente de uma associação de resistores em paralelo é sempre menor que o resistor de menor valor da associação. 1 1 1 1 = + + ... + Re q R1 R2 Rn Numa associação de dois resistores pode-se utilizar a seguinte equação; R1 ⋅ R2 Re q = R1 + R2 293 Eletrônica Analógica – Prática Parte experimental 1 – Colocar o Módulo EA 23: Resistores – Associação de Resistores no bastidor. 2 – Localizar os valores dos resistores necessários para a montagem do circuito na placa. 3 – Montar o circuito da figura a seguir. 4 – Calcular o valor da resistência equivalente da associação de resistores em paralelo. Req (calculada) = ________________Ω 5 – Medir a resistência total da associação conectando a ponta de prova entre os bornes indicados B1 e B3. Req (medida) = ________________Ω O valor confere com a calculada? ...................................................................................................................................... 6 – Comparar o valor real medido com o valor calculado. O resultado foi diferente. Justificar. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 294 Eletrônica Analógica – Pratica 7 – Ajustar a fonte de tensão DC para 5V. 8 – Aplicar ao circuito entre os pontos A e B. 9 – Medir a tensão nos resistores do circuito com auxílio de um multímetro, anotar na tabela 1 em seguida. Tabela 1 VCC VR1 VR2 VR3 10 – Medir a corrente dos resistores a associação e completar a tabela Tabela 2 IT IR1 IR2 IR3 Comprovar o enunciado das leis de Kirchhoff para as correntes e tensões do circuito utilizando os dados das tabelas 1 e 2 para uma associação de resistores em paralelo. ...................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ................................................................................................................................. ...................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ................................................................................................................................. 295 Eletrônica Analógica – Prática 296 Eletrônica Analógica – Pratica EA 23: Resistores-Associação de Resistores Associação mista de resistores Objetivos; 1 – Comprovar a resistência equivalente de uma associação de resistores mista. 2 – Medir a resistência equivalente de uma associação mista de resistores. 3 – Medir as correntes numa associação mista de resistores. 4 – Medir as tensões numa associação mista de resistores. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 23: Resistores – Associação de Resistores; - Fonte de tensão DC ajustável 0 – 12V - Multímetro; - Cabinhos de conexão. Introdução teórica Considera-se uma associação mista de resistores (dipolos) quando o circuito é constituído de malhas com dipolos em série e malhas de dipolos em paralelo. Na figura em seguida está mostrado um circuito de uma associação de resistores mista. Numa associação de dipolos em série é a soma das resistências parciais. Req = R1 + R2 + R3 + ... + Rn. O valor da resistência equivalente de uma associação de resistores em paralelo é sempre menor que o resistor de menor valor da associação. 1 1 1 1 = + + ... + Re q R1 R2 Rn Numa associação de dois resistores pode-se utilizar a seguinte equação; Re q = R1 ⋅ R2 R1 + R2 297 Eletrônica Analógica – Prática Parte experimental 1 – Colocar o Módulo EA 23: Resistores – Associação de Resistores. 2 – Localizar os valores dos resistores necessários para a montagem do circuito na placa. 3 – Montar o circuito da figura a seguir. 4 – Determinar por meio de cálculo, a resistência total entre os pontos A e B da Associação. R eq = ________________Ω (calculada) 5 – Medir a resistência elétrica entre os pontos A e B com auxílio de um multímetro. R total = ______________ Ω (medida com ôhmímetro) 6 – Comparar o valor da resistência total medida com o valor da resistência calculada. 298 Eletrônica Analógica – Pratica O resultado foi diferente? Justificar. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 7 – Medir as quedas de tensões sobre os resistores do circuito e anotar na tabela 1 em seguida. Tabela 1 VCC VR1 VR2 VR3 VR4 VR5 VR6 ............ V ............ V ............ V ............ V ............ V ............ V ............ V 8 – Aplicar a lei de Kirchhoff das tensões obtidas nas malhas com a tensão fornecida pela fonte. É correto dizer que a queda de tensão sobre o resistor R2 é a soma das quedas de tensões de R2 + R5 e R4? Justifique a resposta. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ................................................................................................................................. 9 – Calcular a corrente total do circuito com base na resistência equivalente total determinada no item 4. Corrente total do circuito = ____________ 10 – Medir a corrente total do circuito. Para medir a corrente do circuito, deve-se abrir o circuito e inserir o miliamperímetro em série com polaridade adequada. 299 Eletrônica Analógica – Prática Corrente total = ______________ A corrente medida confere com a corrente calculada teoricamente? ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... De que se pode atribuir a pequenas diferenças entre o valor da corrente medida e calculada? ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 11 – Concluir a experimentação validando o conceito de associação mista de resistores. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 300 Eletrônica Analógica – Pratica EA 24: Amplificador com JFET e MOSFET Amplificador com JFET autopolarizado Objetivos; 1 – Verificar o funcionamento da autopolarização para o transistor JFET. 2 – Verificar a inversão de fase do sinal de saídas e ganho de amplificação. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 24: Amplificador com JFET e MOSFET; - Fonte de tensão ajustável de 0 -15V; - Gerador de funções; - Osciloscópio; - Multímetro; - Cabinhos de conexão. Introdução teórica Autopolarização, a polarização visa colocar o transistor FET em um ponto de funcionamento. Os J-FETs e os MOS-FETs tipo deplexão empregam uma forma de polarização denominada de autopolarização. A figura a seguir mostra um exemplo a partir dos JFEs canal N. O componente tem a seguinte função: RD – estabelece o potencial no terminal dreno e limita a corrente elétrica ID. RG – Mantém o terminal porta ao potencial de terra (0V) uma vez que não há corrente circulante neste terminal. RF – dá origem à um potencial no terminal fonte quando é percorrido por ID. Por meio deste resistor controla-se a polarização porta-fonte (VGS). Atuando no valor de RF altera-se o valor de VGS o que permite ajustar o ponto de funcionamento do circuito. CE e CS – capacitores de acoplamento de entrada e saída. CF – capacitor de desacoplamento do terminal fonte, que cumpre função semelhante ao capacitor de emissor nos transistores bipolares. 301 Eletrônica Analógica – Prática Parte experimental 1 – Conectar o bastidor de treinamento eletrônico na rede de tensão adequada. 2 – Colocar o Módulo EA 24: Amplificador com JFET e MOSFET no bastidor. 3 – Fazer as conexões do circuito amplificador com FET conforme está mostrado no diagrama esquemático a seguir. Utilizar cabinhos de conexão mais curta possível. Fios de conexão longa podem funcionar como “antena” e introduzir ruídos que poderão interferir no funcionamento normal do circuito. 302 Eletrônica Analógica – Pratica Medidas de tensão DC de polarização 4 – Ajustar a tensão da fonte em +12V. Conectar o pólo positivo da fonte ao borne do circuito indicado por +VCC (B4) e o pólo negativo ao borne indicado por GND (B3). 5 – Conectar um voltímetro sobre o resistor de fonte (S), potenciômetro P2. Ajustar o potenciômetro P2 de forma a obter tensão de 2V entre o S e o referencia de terra. VRS (P2=1K) = _____________V 6 – Medir a tensão da “porta” (VGS). VG = – _______ V 7 – Explicar como surge a tensão negativa na “porta” (G). ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... Nota-se que a tensão no resistor RS (resistor de fonte) é a tensão VG, porém com a polaridade invertida. Isto significa que alterando a tensão do resistor de fonte, altera-se a polarização da porta (gate). Este tipo de polarização da porta (gate) denomina-se autopolarização. 8 – Medir as tensões de polarização DC do circuito. Tabela 1 VCC VGS VDS VRS (P2) VRD (R6) VG (VR5) ............ V .............V .............V .............V .............V ............V O que acontecerá com os valores ID, VGS e VDS se o valor da tensão sobre o resistor de fonte P2 for aumentado? ........................................................................................................................................... ................................................................................................................................. 9 – Conectar um gerador de funções com sinal senoidal, freqüência em 1kHz na entrada do circuito ao borne indicado por B2 e B3. 303 Eletrônica Analógica – Prática 10 – Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio na saída ao borne indicado por Saída (B17) e a ponta de prova do canal 2 na entrada ao borne indicado por Entrada (B2). Ajustar a base de tempo (Time/Div) do osciloscópio de forma a observar de três a cinco ciclos na tela. Colocar no modo que possibilite observar ambos sinais simultâneos na tela. 11 – Ajustar a amplitude do sinal do gerador de funções de forma a obter o máximo de amplitude do sinal de saída sem deformação. 12 – Observar as formas de ondas e fase do sinal de entrada e saída. Desenhar as formas de ondas respeitando as suas fases. Qual a relação de fase entre o sinal de entrada e saída? ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 13 – Medir a tensão de entrada e saída. Ve = _____________mV Vs = _____________V 14 – Calcular o ganho de tensão e ganho em dB. GV = ____________ dB = ____________ 15 – Conectar o capacitor C3 (capacitor de desacoplamento do sinal AC) ao referencial de terra. Ligar um fio condutor entre os bornes B18 ao borne B12 (GND). Utilizar cabinho curto para a ligação. 16 – Conectar as pontas de provas do osciloscópio na entrada e saída do 304 Eletrônica Analógica – Pratica amplificador. Ajustar a amplitude do sinal do gerador de funções de forma a obter o máximo De amplitude do sinal de saída sem deformação. 17 – Medir a tensão de entrada e saída. Ve = _____________mV Vs = _____________V 18 – Calcular o ganho de tensão e ganho em dB. GV = ____________ dB = ____________ 19 – Comparar o ganho de tensão sem e com o capacitor de desacoplamento AC (RS). Descrever as características. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... É correto afirmar que a realimentação negativa no resistor de “fonte” (RS) observada no amplificador com JFET é semelhante ao circuito que utilizam transistores bipolares? ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 20 – Concluir a experimentação descrevendo as características observadas num amplificador com JFET. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ................................................................................................................................. ........................................................................................................................................... ................................................................................................................................. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ............................................................................................................................ 305 Eletrônica Analógica – Prática 306 Eletrônica Analógica – Pratica EA 24: Amplificador com JFET e MOSFET Amplificador com JFET polarizado com tensão DC Objetivos; 1 – Verificar o princípio de polarização de um amplificador JFET com tensão DC. 2 – Verificar a inversão de fase do sinal de saídas e o ganho de tensão do circuito. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 24: Amplificador com JFET e MOSFET; - Fonte de tensão ajustável de 0 -15V; - Gerador de funções; - Osciloscópio de duplo traço; - Multímetro; - Cabinhos de conexão. Introdução teórica Considerando-se que um transistor FET tipo N funciona com polarização negativa na porta (gate), a polarização pode ser feita por uma tensão CC negativa aplicada na porta, conforme está mostrada na figura s seguir. A polarização por tensão dc pode ser aplicada na polarização por intermédio de um divisor de tensão com RG1 conectado ao pólo positivo da alimentação e RG2 ao pólo negativo de uma fonte de tensão simétrica. A tensão dc negativa aplicada na porta obtém-se a tensão sobre o resistor RF o que equivale a tensão obtida numa auto polarização do amplificador FET. As características como ganho de amplificação, inversão de fase etc não semelhante ao de auto polarização. 307 Eletrônica Analógica – Prática Parte experimental 1 – Conectar o bastidor de Eletrônica Analógica à uma rede de tensão adequada. 2 – Colocar o Módulo EA 24: Amplificador com JFET e MOSFET no bastidor. 3 – Montar o circuito por intermédio de cabinhos de conexão conforme está mostrado no diagrama esquemático a seguir. Utilizar cabinhos curtos para a conexão. 4 – Ajustar a tensão da fonte em +12V. Conectar o pólo positivo da fonte ao borne do circuito indicado por +VCC (B4) e o pólo negativo ao borne indicado por GND (B1). 308 Eletrônica Analógica – Pratica 5 – Conectar um voltímetro com a ponta de prova negativa na “porta” (G) (B9) e a ponta de prova positiva na “fonte” (S) (B15). 6 – Ajustar o potenciômetro P2 (1K) de forma a obter uma tensão negativa de aproximadamente de -1 a -2V. Utilizar o potenciômetro de 1KΩ do bastidor para obter sinal de baixa amplitude a ser aplicado na entrada do amplificador entre os bornes B2 e B3. 7 – Ajustar o gerador para um sinal senoidal e 1kHz 2Vpp sobre o potenciômetro Pot (1kΩ). Ajustar o potenciômetro Pot (1K) de forma que o sinal entre os bornes B2 e B3 seja nula, ou seja, sem sinal. 8 – Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio na saída do circuito indicado pelo borne indicado por Saída 1 (B17) e a ponta de prova do canal 2 ao borne indicado por Entrada 1 (B2). Ajustar a base de tempo de forma a visualizar de três a cinco ciclos na tela. Posicione ambos os feixes de forma a observar os dois sinais (entrada e saída) simultâneos na tela do osciloscópio. 9 – Ajustar a amplitude do sinal de entrada através do Pot (1K) de forma a obter o máximo de sinal na saída do amplificador sem deformação. 10 – Anotar as tensões de entrada e saída. Ve = ____________Vpp Vs = ____________Vpp 11 – Calcular o ganho de tensão e ganho em dB. AV = _________ dB = ____________ 309 Eletrônica Analógica – Prática 12 – Manter as pontas de provas do osciloscópio na entrada e saída do circuito. 13 – Desenhar na tela a seguir a figura observada no osciloscópio. Qual é a relação de fase entre os sinais de saída e entrada? ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 14 – Alterar a polarização do circuito conforme o diagrama esquemático a seguir. 15 – Conectar uma tensão positiva +12V ao borne indicado por +VCC(B5) e uma tensão negativa -12V ao borne indicado pro –VCC(B7). Utilizar cabinhos curtos. Conectar o cursor do potenciômetro em serie com R5 (470K). 16 – Conectar a ponta de prova negativa de um voltímetro ao borne B9 (porta) e a ponta de prova positiva ao borne B12 (GND). 310 Eletrônica Analógica – Pratica 17 – Ajustar o potenciômetro P1 de forma a obter uma tensão negativa de -2V no borne B9 (porta). 18 – Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio na saída do circuito indicado pelo borne Saída 1 (B20) e a ponta de prova do canal 2 ao borne indicado por Entrada 1 (B1). Ajustar a base de tempo de forma a visualizar de três a cinco ciclos na tela. Posicionar ambos os feixes de forma a observar os dois sinais simultâneos na tela do osciloscópio. 19 – Ajustar a amplitude do sinal de entrada através do Pot (1K) de forma a obter o máximo de sinal na saída sem deformação. 20 – Anotar as tensões de entrada e saída. Ve = ____________Vpp Vs = ____________Vpp 21 – Calcular o ganho de tensão e ganho em dB. AV = _________ dB = ____________ 22 – Descrever as vantagens de utilizar transistores unipolares (FET) frente a transistores bipolares (PNP e NPN). ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 23 – Concluir a experimentação descrevendo as características de polarização e efeitos e amplificação de sinais. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 311 Eletrônica Analógica – Prática 312 Eletrônica Analógica – Pratica EA 24: Amplificador com JFET e MOSFET Amplificador com MOSFET Objetivos; 1 – Familiarizar com amplificador MOSFET. 2 – Medir as tensões de polarização de um amplificador MOSFET. 3 – Observar a fase do sinal de entrada e saída do sinal do amplificador MOSFET. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 24: Amplificador com JFET e MOSFET; - Osciloscópio de duplo traço; - Fonte de tensão ajustável de 0 – 15V; - Multímetro; - Gerador de funções; - Cabinhos de conexão. Introdução teórica Um transistor de efeito de campo MOSFET é um dispositivo semicondutor que oferece a corrente elétrica uma resistência que é função da intensidade de um campo elétrico transversal. A tensão VGF de polarização é feita diretamente. A polarização direta entre o Gate (G) e Fonte (F) do amplificador MOSFET são constituídas por um divisor de tensão composto por R1, R2 e o resistor R5 de polarização automática para obter a tensão VGF. O gate é isolado do substrato condutor por uma camada de oxidação. Esta oxidação recebe a denominação de Metal Oxido Semicondutor. Esta camada de oxidação produz o aumento da impedância de entrada do transistor. 313 Eletrônica Analógica – Prática Parte experimental 1 – Conectar o bastidor eletrônico (DeLorenzo) na rede de tensão elétrica adequada. 2 – Colocar o Módulo EA 24: Amplificador com JFET e MOSFET no bastidor. 3 – Ajustar a fonte de tensão DC para +12V. Conectar o pólo positivo ao borne indicado por +VCC (B4) e o pólo negativo ao borne preto indicado por GND (B1). 4 – Fazer a conexão entre os bornes B25 e GND. Usar cabinho curto para a Conexão. 5 – Conectar um voltímetro entre o borne B21 ao referencia terra (B23). 314 Eletrônica Analógica – Pratica Ajustar o potenciômetro P3 e P4 de forma a obter aproximadamente 7 volts. 6 – Medir as tensões de polarização DC do circuito. Tabela 1 VCC VRG8 (R8+P3) VRG9 (R9) VRS (P4) VRD (R10) .................V .....................V ...................V ...................V ..................V VGS VDG VDS ................V ....................V ...................V Circuito amplificador com sinal CA (fonte acoplada com realimentação) 7 – Conectar um gerador de funções no circuito. Utilizar o potenciômetro (1KΩ) do bastidor de modo a facilitar o ajuste de amplitude do sinal a ser aplicado na entrada do amplificador. 8 – Conectar o gerador de funções no potenciômetro (divisor de tensão) conforme está mostrada na figura a seguir. Desconectar o capacitor C7 do circuito retirando a ligação entre os bornes B25 e GND. 9 – Selecionar uma onda senoidal, freqüência de 1kHz e 1Vpp, sobre o potenciômetro de 1k. 10 – Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio na saída ao borne 315 Eletrônica Analógica – Prática indicado por Saída (B11). 11 – Ajustar o potenciômetro Pot (bastidor) de forma a obter o máximo de sinal de saída sem deformação. 12 – Conectar a ponta de prova do canal 2 do osciloscópio na entrada do circuito ao borne indicado por Entrada (B19). Ajustar a base de tempo (Time/Div) de forma a observar três a cinco ciclos na tela. Ajustar ambos os feixes na tela de forma a observar os dois sinais simultaneamente na tela do osciloscópio. 13 – Medir as tensões de entrada e saída. Sinal de entrada = _______ V Sinal de saída = _______V 14 – Calcular o ganho de tensão e ganho em dB. AV = _____________ dB = _____________ Circuito amplificador com sinal CA (sem a realimentação negativa) 15 – Conectar o capacitor de desacoplamento AC do resistor de fonte do MOSFET. Conectar um cabinho de ligação ao borne B9 ao borne B10 conforme está mostrado no diagrama esquemático. 16 – Manter as pontas de provas do osciloscópio na entrada e saída do circuito. 17 – Ajustar o potenciômetro Pot (bastidor) de forma a obter o máximo de sinal de saída sem deformação. 316 Eletrônica Analógica – Pratica 18 – Medir as tensões de entrada e saída. Ve = ____________ V Vs = ____________V 19 – Calcular o ganho de tensão e ganho em dB. AV = _____________ dB = _____________ 20 – Comparar o ganho de amplificação do circuito sem e com o capacitor desacoplamento do sinal AC do resistor (P2) de fonte transistor. Descrever a ocorrência. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 21 – Descrever a função do capacitor colocado em paralelo com o resistor de fonte (P2) do amplificador. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 22 – Manter as pontas de provas do osciloscópio na entrada e saída do circuito. 23 – Reajustar novamente o potenciômetro Pot (bastidor) de forma a obter o máximo de sinal de saída sem deformação. Desenhar as formas de ondas respeitando as fases 24 – O que se pode afirmar quanto a relação de fase do circuito amplificador com MOSFET? ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 317 Eletrônica Analógica – Prática 25 – Concluir a experimentação. Descreva a característica do amplificador com MOSFET. ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 318 Eletrônica Analógica – Pratica EA 27: Oscilador Temporizador 555 Temporizador 555 como Astável Objetivo; 1 – Analisar experimentalmente o funcionamento de um temporizador 555 como astável. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 27: Oscilador Temporizador 555; - Osciloscópio de duplo traço; - Fonte de tensão DC ajustável de 0 – 15V - Cabinhos de conexão. Introdução teórica Multivibrador astável com 555 O circuito integrado 555 pode ser usado com multivibrador astável. O circuito multivibrador astável apresenta uma característica de troca de estado na sua saída sem a necessidade de estímulos externos. As formas de ondas fornecidas são quadradas (retangulares). A largura do pulso e a freqüência são determinadas por um par de RC. 319 Eletrônica Analógica – Prática Parte experimental 1 – Conectar o bastidor de treinamento eletrônico na rede elétrica apropriada. 2 – Colocar o Módulo EA 27: Oscilador Temporizador 555. 3 – Localizar o circuito temporizador CI-1 e conectar o diagrama esquemático conforme a figura a seguir. 4 – Conectar o capacitor eletrolítico C7 de 10µF. Ligar o borne B20 ao borne B3. Utilizar cabinho curto. 320 Eletrônica Analógica – Pratica 5 – Conectar o diodo LED indicador de funcionamento. Ligar o borne B7 ao borne B8. 6 – Ajustar o potenciômetro P1 para a máxima e mínima resistência e observar o LED. 7 – Conectar o freqüêncímetro localizado no painel do bastidor de treinamento eletrônico na saída ao borne indicado por B8. Registrar o valor da freqüência de oscilação. Freqüência mínima = _____________ Hz Freqüência máxima = _____________Hz 8 – Posicionar o potenciômetro P1 totalmente para o sentido horário. 9 – Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio na saída ao borne B8. Ajustar a base de tempo (Time/Div) de forma a observar de três a quatro ciclos na tela do osciloscópio. 10 – Observar a forma de onda e desenhar em seguida. 11 – Substituir o capacitor do RC. Conectar o capacitor C1 de 100nF. Utilizar cabinho curto. 12 – Conectar o freqüêncímetro localizado no painel do bastidor de treinamento eletrônico na saída ao borne indicado por B7. Posicionar o potenciômetro para o sentido horário e anti-horário. Registrar os valores da freqüência de oscilação. Freqüência mínima = _____________ Hz Freqüência máxima = _____________Hz 321 Eletrônica Analógica – Prática 13 – Conectar a ponta de prova do osciloscópio aos pontos pedidos e observar as formas de ondas e desenhar em seguida. Sinal no pino 7 (B2) Sinal no pino 6 (B3) Sinal no pino 3 (B7) 14 – Descrever uma das aplicações do multivibrador 555 como oscilador astável. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 15 – Concluir a experimentação descrevendo as características do multivibrador 555 como astável. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... 322 Eletrônica Analógica – Pratica EA 27: Oscilador Temporizador 555 Temporizador 555 como Monoestável Objetivo; 1 – Analisar experimentalmente o funcionamento de um temporizador 555 como monoestável. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 27: Oscilador Temporizador 555; - Osciloscópio de duplo traço; - Fonte de tensão DC ajustável de 0 – 15V - Cabinhos de conexão. Introdução teórica Multivibrador monoestável com 555 O Multivibrador (Flip-Flop) apresenta duas condições; • Uma estável • Outra semi-estável. A condição estável se altera com a aplicação de um pulso externo, e a condição semiestável depende da constante de tempo RC. 323 Eletrônica Analógica – Prática A temporização é fornecida por uma associação RC externa. Para disparar o monoestável é necessário aplicar um pulso negativo (menor que 1/3 de VCC) no comparador 2. A temporização é determina por R1 e C1. Na condição inicial, C1 é mantida descarregada, pois o transistor Q1 está saturado (pino 7). A saída (pino 3) se apresenta em nível baixo. Essa é a condição estável do circuito. Para disparar o monoestável é necessário aplicar um pulso negativo ao pino 2. O pulso aplicado no pino 2 fará o biestável comutar cortando o transistor Q1 e levando a saída para nível alto. Estando o transistor Q1 cortado, o capacitor C1 será carregado por meio de R1. A tensão sobre C1 subirá ate atingir 2/3 de VCC, quando então será acionado o comparador 1 (pino 6), o qual fará o biestável retornar a condição inicial. Deste modo, a saída do monoestável permanecerá em nível alto somente durante o tempo de carga de C1 que é dado pela equação; t = 1,1⋅ R1⋅ C1 Desse modo, o período total corresponde a; T1+T2 = 0,693. (R1 + 2.R2). C1 Como a freqüência é o inverso do período, tem-se; f= 1 1 = 1,44 ⋅ (R1 + 2 ⋅ R2) ⋅ C1 T Parte experimental 324 Eletrônica Analógica – Pratica 1 – Conectar o bastidor de treinamento eletrônico na rede elétrica apropriada. 2 – Colocar o Módulo EA 27: Oscilador Temporizador 555no bastidor eletrônico. 3 – Localizar o circuito temporizador CI -2 e conectar o diagrama esquemático conforme a figura a seguir. Utilizar a chave localizada no bastidor eletrônico, chave NA ou de alavanca. 4 – Conectar o capacitor eletrolítico C7 de 10µF. Ligar o borne B20 ao borne B16. Utilizar cabinho curto. 5 – Conectar o voltímetro na saída ao borne indicado por B17. 325 Eletrônica Analógica – Prática O LED pode indicar o nível alto (acesa) e o nível baixo (apagada). 6 – Fechar a chave S1 momentaneamente (chave entre B11 e B12) e observar o LED indicador . Providenciar um relógio que possa medir o tempo de permanência do monoestável. 7 – Medir o tempo que o LED permanece aceso registrando na tabela 1. Utilizar o capacitor eletrolítico localizado no bastidor eletrônico para substituir a de 10uF do circuito monoestável. 8 – Calcular o tempo que o LED deve permanecer aceso, utilizando a fórmula matemática; t = 1,1⋅ R1⋅ C1 9 – Completar a ultima coluna da tabela 1. 10 – Escrever uma aplicação do circuito monoestável em circuito eletrônico ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 11 – Concluir a experimentação descrevendo as características do multivibrador 555 como monoestável. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 326 Eletrônica Analógica – Pratica EA 27: Oscilador Temporizador 555 Gerador de rampa com 555 Objetivo; 1 – Analisar experimentalmente o funcionamento de um temporizador 555 como gerador de rampa linear. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 27: Oscilador Temporizador 555; - Osciloscópio de duplo traço; - Fonte de tensão DC ajustável de 0 – 15V - Cabinhos de conexão. Introdução teórica Gerador de rampa linear com 555 Um gerador de rampa linear é um circuito que, ao receber um pulso de comando deve entregar a sua saída uma tensão variável em função do tempo de forma semelhante a um “dente de serra”, porém perfeitamente linear. Com CI 555 a função rampa é obtida por meio de substituição resistor de rampa por uma fonte de corrente constante, na configuração monoestável. 327 Eletrônica Analógica – Prática Na figura a seguir está mostrado o circuito 555 como gerador de rampa. A tensão sobre o capacitor C1 não mais se desenvolverá segundo uma curva exponencial, mas sim subirá de forma linear, uma vez que a corrente de carga será a própria corrente de coletor do transistor. A corrente do coletor é determinada pela polarização de base. Uma vez fixada a corrente de base Ib, a corrente de coletor Ic manterá constante dentro de amplos valores de Vce. A tensão de saída, em forma de rampa linear obtida sobre o capacitor C1. 328 Eletrônica Analógica – Pratica Parte experimental 1 – Conectar o bastidor de treinamento eletrônico na rede elétrica apropriada. 2 – Colocar o Módulo EA 27: Oscilador Temporizador 555no bastidor eletrônico. 3 – Localizar o circuito temporizador CI -1 e CI-2. Montar o circuito a seguir utilizando cabinhos de conexão. Utilizar cabinhos curtos. 4 – Conectar uma fonte DC de +12V ao circuito. Conectar o pólo positivo ao borne indicada por +VCC (B6) e o pólo negativo ao borne indicado por GND (B1). 329 Eletrônica Analógica – Prática 5 – Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio à saída do astável indicado pelo borne B7 e a ponta de prova do canal 2 à saída do gerador de rampa ao borne indicado por Saída (B21). Ajustar a base de tempo de forma a visualizar de três a cinco ciclos na tela. Posicionar os dois feixes na parte de cima e em baixo de forma a observar ambos sinais simultâneos na tela do osciloscópio. 6 – Ajustar o potenciômetro P1 de forma a obter uma rampa linear e melhor possível. 7 – Registrar na tabela 1 as formas de ondas, tensões e períodos. 8 – Calcular a freqüência dos sinais, utilizando a formula; f= 1 f Calcular o valor da freqüência utilizando os dados do período do sinal da tabela 1 e anotar na tabela.. 330 Eletrônica Analógica – Pratica 9 – Descrever duas maneiras de aumentar o período de temporizarão de um circuito monoestável. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 10 – Descrever uma aplicação do gerador de rampa linear. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... Qual a função do transistor Q1 no circuito gerador de rampa? ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 11 – Concluir a experimentação descrevendo as características observadas no circuito gerador de rampa linear com temporizador 555. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 331 Eletrônica Analógica – Prática 332 Eletrônica Analógica – Pratica Protoboard Matriz de Contatos para Montagens de Circuitos Eletrônicos Discretos Objetivo; 1 – Familiarizar com montagens em circuitos em matriz de contatos protoboard. Material utilizado; - Bastidor de Sistema de Treinamento em Eletrônica Analógica (DeLorenzo); - Módulo EA 15: Protoboard - Fios de conexão para a matriz de contatos “protoboard”. - Resistores de 270Ω, 470Ω, 560Ω, 1kΩ. - 1 capacitor eletrolítico de 470uF/25V - 2 diodos 1N4007 ou equivalente. Introdução teórica O protoboard ou matriz de contatos é um instrumento bastante utilizado em montagens de ensaios de circuitos eletrônicos e desenvolvimento de projetos. É necessário ter conhecimento de sua estrutura física para que possa efetuar as conexões de forma correta sem estragar as partes do painel de montagem. Na figura a seguir está mostrado o painel de montagens, “protoboard”. 333 Eletrônica Analógica – Prática Os contatos elétricos do “protoboard” são formados por uma tira de 5 contatos, correspondente a 5 furos onde os componentes serão inseridos. Cada suporte metálico para contatos é alojado na placa posicionado conforme está mostrado na figura a seguir. Estes contatos são formados de uma “chapinha” metálica em forma de U formando uma superfície de pressão num conjunto de 5 peças. Esta peça metálica de contatos está alojada isoladamente um ao lado do outro. Ao conectar um componente no encaixes do protoboard, como resistor, diodo, deve-se tomar o cuidado para não inserir os terminais inclinados para não amassar os contatos. Assim evita de entortar os contados do protoboard para não provocar maus contatos futuros na montagem de circuitos elétricos e eletrônicos. Na figura a seguir podemos ver a configuração da continuidade das conexões metálicas do protoboard. 334 Eletrônica Analógica – Pratica Sugestão de montagem do circuito em protoboard 1 – Observar o circuito elétrico da figura 1 a seguir. Observar o exemplo de montagem do circuito no protoboard. Pode se notar que, cada conjunto de cinco contatos verticais corresponde ao nó de conexão do circuito. 2 – Pegar os componentes e monte o circuito da figura 1 no protoboard e confira as conexões. Chamar o professor de forma a avaliar a sua montagem. 335 Eletrônica Analógica – Prática 3 – Observar a figura do circuito a seguir e simule a montagem do circuito desenhado a simbologia do componente sobre o desenho do protoboard a seguir. 4 – Montar o circuito elétrico da figura mostrada no item 3 no protoboard. 5 – Apresentar ao seu professor para a sua aprovação. 6 – Fazer a conclusão da experimentação, descrevendo as características do painel de montagem e sua utilização. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 336