Simulações e Resoluções de Circuitos

Nesta etapa serão realizadas simulações utilizando o software Tinkercad httpswwwtinkercadcom de modo ao acadêmico se familiarizar com circuitos e componentes eletrônicos Para o desenvolvimento das atividades é necessário assistir as aulas conceituais da unidade 1 e ao vídeo que mostra como utilizar o Tinkercad para a simulação de circuitos eletrônicos disponível em httpsdrivegooglecomfiled1BZBzQ4fSbO6SgIpKoliTy5abU47xGwobviewuspsharing Curvas características cálculos e simulação de um amplificador de sinais Nesta etapa será utilizado o programa Octave para a simulação das curvas características de um diodo e de um transistor Também serão realizados os cálculos e a simulação de um amplificador em modo de configuração fixa SIMULAÇÃO DAS CURVAS CARACTERÍSTICAS Assistir ao vídeo disponível no link httpsdrivegooglecomfiled1lqbxN7ZmkvBRJaftRQij5rRSFMBGMfoviewuspsharing que corresponde à instalação do Octave Assistir ao vídeo disponível no link httpsdrivegooglecomfiled1zz6mIsldOYmYmI8XBrGuEhuPCohArSY7viewuspsharing que corresponde à criação de scripts no Octave A seguir simular as curvas características de um diodo conforme instruções abaixo 1 Utilizar o programa Octave para simular a curva característica de um diodo Esta curva é obtida a partir da equação de corrente do diodo equação de Shockley Digitar o código abaixo e pressionar F5 para demonstrar o gráfico 1 A figura abaixo ilustra o gráfico resultante da simulação sem a reta preta Ao traçar a reta preta a partir da intersecção entre a curva azul e a reta vermelha se obtém o valor da tensão no eixo da tensão No exemplo o valor da tensão para resultar na corrente de 10 A é aproximadamente 072 V O valor da resistência do diodo nessas condições é de RVI 07210 0072 ohm 2 2 Altere o valor da corrente para 5 A ou seja substitua y1 5 y25 no código simule novamente e cole o gráfico gerado Qual o valor aproximado da tensão Qual o valor da resistência do diodo nessas condições 3 3 Altere o valor da corrente para 22 A ou seja substitua y1 22 y222 no código simule novamente e cole o gráfico gerado Qual o valor aproximado da tensão Simulação das curvas características do transistor 4 O código abaixo permite criar o gráfico com a curva característica da corrente ID em função da tensão VGS da polarização fixa de um JFET 4 a Digite o código no Octave e pressione F5 para rodar a simulação Caso não apareça o gráfico conferir o código novamente b A partir do gráfico colocar o mouse sobre o ponto de cruzamento entre a curva e a reta Como ilustra a figura abaixo 5 Colocar o mouse sobre esse ponto c Ao colocar o mouse no ponto de intersecção aparecerá o valor de x e de y No nosso caso interessa o valor de y ou seja o segundo valor Este valor corresponde ao valor da corrente ID d Colar o print de tela do gráfico resultante 5 A partir da corrente ID obtida pelo método gráfico e considerando o circuito abaixo calcule a VGSQ b IDQ c VDS VD VG VS Dica Veja o Exercício 1 continuação da aula 3 da unidade 3 que trata a respeito do método gráfico 6 CÁLCULOS E SIMULAÇÃO PARA UM AMPLIFICADOR DE CONFIGURAÇÃO DE POLARIZAÇÃO FIXA Descrição da atividade Para a configuração de polarização fixa CC do circuito abaixo considere um VBE 07 V 7 Dica ver Exemplo 1 da aula 3 da unidade 2 1 Calcule o valor de IBQ 2 Calcule o valor de ICQ 3 Calcule o valor de vCEQ 4 Calcule o valor de vB 5 Calcule o valor de vC 8 6 Calcule o valor de vBC 7 Qual o valor da corrente de saturação Simular o seguinte circuito amplificador no Tinkercad Não esqueça de mudar a escala do multímetro para amperímetro letra A superior no multímetro 9 8 Colar um print de tela do circuito montado com o multímetro mostrando os valores Qual a configuração desse circuito Basecomum coletorcomum ou emissorcomum Dica Para saber os nomes dos terminais basta colocar a seta do mouse sobre cada um dos terminais do transistor 10 9 Os multímetros estão mostrando a corrente de coletor e a corrente de base Qual o valor dessas correntes Calcule o ganho β desse transistor em CC 10 Colocar um multímetro entre os terminais de coletor e emissor do transistor e medir a tensão VCE Qual o valor desta tensão Amplificadores diferenciais e operacionais Nesta etapa serão realizados os cálculos de um circuito amplificador diferencial e de um amplificador operacional e será realizada a simulação de um circuito com amplificador operacional 741 utilizando o Tinkercad Descrição da atividade 1 Dado o amplificador diferencial abaixo calcule IE IC e Vc Dica veja o Exemplo 1 da Aula 1 da Unidade 4 11 2 Calcule a tensão de saída de um amplificador não inversor para valores de V1 1V Rf 600 kΩ e R1 200 kΩ 12 3 Calcule a tensão de saída de um amplificador somador para os conjuntos de tensões e resistores a seguir Use Rf 2 MΩ V1 4V V2 5V V3 2 R1 300 kΩ R2 400 kΩ e R3 1MΩ 13 4 Dado o circuito abaixo que utiliza um amplificador operacional não inversor 14 em que a pinagem do amplificador operacional é dada abaixo Monte o circuito abaixo no Tinkercad que representa o circuito anterior 15 Clicar sobre o gerador de função e configurar os seguintes valores como ilustra a figura a seguir Frequência 1000 Hz Amplitude 004 V Deslocamento CC 0 Função Seno Clicar sobre cada osciloscópio e configurar os osciloscópios com o tempo de 100 us conforme ilustra a figura abaixo 16 a Iniciar a simulação e copiar um print de tela com as telas dos osciloscópios O resultado será uma tela semelhante a tela abaixo b Qual o valor da amplitude de tensão obtida no primeiro osciloscópio entrada do sinal Abaixo segue um exemplo de como realizar a leitura da tela do osciloscópio Na tela do osciloscópio o eixo vertical indica a tensão Da extremidade inferior até a extremidade superior temse 10 quadrados que ao total resulta em 1V conforme mostra o valor à direita da tela Ou seja cada quadrado possui 01V Como a onda ocupa 8 quadrados temse que o valor da tensão é de 8 x 01 08 V ou 800 mV ou seja o mesmo valor de tensão do gerador de sinais Exemplo da leitura da tela do osciloscópio 17 c Qual o valor da amplitude de tensão obtida no segundo osciloscópio saída do sinal d Qual foi o ganho de tensão obtido Veja o slide 4 da aula 3 da unidade 4 Referências Boylestad L R Nashelsky L Dispositivos Eletrônicos e Teoria dos Circuitos 11ª Edição Pearson 2013 httpswwwtinkercadcom httpsoctaveorg LM 741 Disponível em httpswwwticomproductLM741 utmsourcegoogleutmmediumcpcutmcampaignascnullnullGPNENcpcpfgoogle wweutmcontentLM741dsklm741DCMyesgadsource1gclidCjwKCAiArfauBhApEiw AeoB7qKqFJ6V5gDUTtjxocLivlLi3jAw3Qmf0Jhckfgj7bBrcuMEmrxGaBoCTGkQAvDBwEgclsrcaw ds 18 Nesta etapa serão realizadas simulações utilizando o software Tinkercad httpswwwtinkercadcom de modo ao acadêmico se familiarizar com circuitos e componentes eletrônicos Para o desenvolvimento das atividades é necessário assistir as aulas conceituais da unidade 1 e ao vídeo que mostra como utilizar o Tinkercad para a simulação de circuitos eletrônicos disponível em httpsdrivegooglecomfiled1BZBzQ4fSbO6SgIpKoliTy5abU47xGwobviewuspsharing Curvas características cálculos e simulação de um amplificador de sinais Nesta etapa será utilizado o programa Octave para a simulação das curvas características de um diodo e de um transistor Também serão realizados os cálculos e a simulação de um amplificador em modo de configuração fixa SIMULAÇÃO DAS CURVAS CARACTERÍSTICAS Assistir ao vídeo disponível no link httpsdrivegooglecomfiled1lqbxN7ZmkvBRJaftRQij5rRSFMBGMfoviewuspsharing que corresponde à instalação do Octave Assistir ao vídeo disponível no link httpsdrivegooglecomfiled1zz6mIsldOYmYmI8XBrGuEhuPCohArSY7viewuspsharing que corresponde à criação de scripts no Octave A seguir simular as curvas características de um diodo conforme instruções abaixo 1 Utilizar o programa Octave para simular a curva característica de um diodo Esta curva é obtida a partir da equação de corrente do diodo equação de Shockley Digitar o código abaixo e pressionar F5 para demonstrar o gráfico 1 A figura abaixo ilustra o gráfico resultante da simulação sem a reta preta Ao traçar a reta preta a partir da intersecção entre a curva azul e a reta vermelha se obtém o valor da tensão no eixo da tensão No exemplo o valor da tensão para resultar na corrente de 10 A é aproximadamente 072 V O valor da resistência do diodo nessas condições é de RVI 07210 0072 ohm 2 2 Altere o valor da corrente para 5 A ou seja substitua y1 5 y25 no código simule novamente e cole o gráfico gerado 3 Qual o valor aproximado da tensão Qual o valor da resistência do diodo nessas condições O valor aproximado da tensão é 07 V e o valor da resistência é RV I 07 5 014Ohm 3 Altere o valor da corrente para 22 A ou seja substitua y1 22 y222 no código simule novamente e cole o gráfico gerado Qual o valor aproximado da tensão 074 V Simulação das curvas características do transistor 4 O código abaixo permite criar o gráfico com a curva característica da corrente ID em função da tensão VGS da polarização fixa de um JFET 4 a Digite o código no Octave e pressione F5 para rodar a simulação Caso não apareça o gráfico conferir o código novamente b A partir do gráfico colocar o mouse sobre o ponto de cruzamento entre a curva e a reta Como ilustra a figura abaixo 5 Colocar o mouse sobre esse ponto Colocar o mouse sobre esse ponto Colocar o mouse sobre esse ponto Colocar o mouse sobre esse ponto Colocar o mouse sobre esse ponto Colocar o mouse sobre esse ponto Colocar o mouse sobre esse ponto Colocar o mouse sobre esse ponto Colocar o mouse sobre esse ponto c Ao colocar o mouse no ponto de intersecção aparecerá o valor de x e de y No nosso caso interessa o valor de y ou seja o segundo valor Este valor corresponde ao valor da corrente ID d Colar o print de tela do gráfico resultante 5 A partir da corrente ID obtida pelo método gráfico e considerando o circuito abaixo calcule a VGSQ b IDQ c VDS VD VG VS Dica Veja o Exercício 1 continuação da aula 3 da unidade 3 que trata a respeito do método gráfico 6 V GSQV GG2V I DQ56 mA pelaanalise no gráfico V DSV DDI DRD1200056200008V V DV DS08V V GV GS2V V S0V CÁLCULOS E SIMULAÇÃO PARA UM AMPLIFICADOR DE CONFIGURAÇÃO DE POLARIZAÇÃO FIXA Descrição da atividade Para a configuração de polarização fixa CC do circuito abaixo considere um VBE 07 V Dica ver Exemplo 1 da aula 3 da unidade 2 1 Calcule o valor de IBQ I B12VV BE RB 12V07V 200 kOhm 565 μA 7 2 Calcule o valor de ICQ I CI Bβ565μA502825mA 3 Calcule o valor de vCEQ I C12V V C E RC V CE12VI CRC12V 2825mA2kOhm635V 4 Calcule o valor de vB Como Vbe 07 V e Ve esta ligado no terra Vb 07 V 5 Calcule o valor de vC Como Vce 635 V e Ve esta ligado no terra Vc 635 V 6 Calcule o valor de vBC V BCV BV C0 7V 635V 565V 7 Qual o valor da corrente de saturação I C satVcc RC 12V 2kOhm6mA Simular o seguinte circuito amplificador no Tinkercad Não esqueça de mudar a escala do multímetro para amperímetro letra A superior no multímetro 8 8 Colar um print de tela do circuito montado com o multímetro mostrando os valores Qual a configuração desse circuito Basecomum coletorcomum ou emissorcomum Dica Para saber os nomes dos terminais basta colocar a seta do mouse sobre cada um dos terminais do transistor Configuração EmissorComum 9 Os multímetros estão mostrando a corrente de coletor e a corrente de base Qual o valor dessas correntes Calcule o ganho β desse transistor em CC Ic596mA Ib566 μA596 mAβ56 6 μA β9823 9 10 Colocar um multímetro entre os terminais de coletor e emissor do transistor e medir a tensão VCE Qual o valor desta tensão Vce 822 mV Amplificadores diferenciais e operacionais Nesta etapa serão realizados os cálculos de um circuito amplificador diferencial e de um amplificador operacional e será realizada a simulação de um circuito com amplificador operacional 741 utilizando o Tinkercad Descrição da atividade 1 Dado o amplificador diferencial abaixo calcule IE IC e Vc Dica veja o Exemplo 1 da Aula 1 da Unidade 4 10 IeVee07V ℜ 12V07V 3 kOhm 377mA I cIe 2 377mA 2 188mA VcVccIcRc12V188mA4kOhm448V 2 Calcule a tensão de saída de um amplificador não inversor para valores de V1 1V Rf 600 kΩ e R1 200 kΩ Vo1 Rf Ri Vi1600 kOhm 200kOhm1V 4V 11 3 Calcule a tensão de saída de um amplificador somador para os conjuntos de tensões e resistores a seguir Use Rf 2 MΩ V1 4V V2 5V V3 2 R1 300 kΩ R2 400 kΩ e R3 1MΩ Vo Rf R1V 1 Rf R2V 2 Rf R3V 3 Vo 2 MOhm 03 MOhm4V 2 MOhm 04 MOhm5V 2 MOhm 1 MOhm2V Vo233V 4 Dado o circuito abaixo que utiliza um amplificador operacional não inversor 12 em que a pinagem do amplificador operacional é dada abaixo Monte o circuito abaixo no Tinkercad que representa o circuito anterior 13 Clicar sobre o gerador de função e configurar os seguintes valores como ilustra a figura a seguir Frequência 1000 Hz Amplitude 004 V Deslocamento CC 0 Função Seno Clicar sobre cada osciloscópio e configurar os osciloscópios com o tempo de 100 us conforme ilustra a figura abaixo 14 a Iniciar a simulação e copiar um print de tela com as telas dos osciloscópios O resultado será uma tela semelhante a tela abaixo b Qual o valor da amplitude de tensão obtida no primeiro osciloscópio entrada do sinal Abaixo segue um exemplo de como realizar a leitura da tela do osciloscópio Na tela do osciloscópio o eixo vertical indica a tensão Da extremidade inferior até a extremidade superior temse 10 quadrados que ao total resulta em 1V conforme mostra o valor à direita da tela Ou seja cada quadrado possui 01V Como a onda ocupa 8 quadrados temse que o valor da tensão é de 8 x 01 08 V ou 800 mV ou seja o mesmo valor de tensão do gerador de sinais 15 Exemplo da leitura da tela do osciloscópio 100 mV 10 2 10 mV 2 20 mV de amplitude c Qual o valor da amplitude de tensão obtida no segundo osciloscópio saída do sinal 1 V 10 2 100 mV 2 200 mV de amplitude d Qual foi o ganho de tensão obtido Veja o slide 4 da aula 3 da unidade 4 Av VoVi Av 200 mV 20 mV Av Ganho de tensão 100 Referências Boylestad L R Nashelsky L Dispositivos Eletrônicos e Teoria dos Circuitos 11ª Edição Pearson 2013 httpswwwtinkercadcom httpsoctaveorg LM 741 Disponível em httpswwwticomproductLM741 utmsourcegoogleutmmediumcpcutmcampaignascnullnullGPNENcpcpfgoogle wweutmcontentLM741dsklm741DCMyesgadsource1gclidCjwKCAiArfauBhApEiw AeoB7qKqFJ6V5gDUTtjxocLivlLi3jAw3Qmf0Jhckfgj7bBrcuMEmrxGaBoCTGkQAvDBwEgclsrcaw ds 16