Eletronica Analogica - Atividade Pratica sobre Diodos e Transistores

EAAutomação1 1 Eletrônica Analógica Prof Eng Viviana R Zurro MSc Atividade Prática 1 OBJETIVO Entender o funcionamento dos circuitos não lineares utilizando diodos Trabalhar com retificadores de meio onda e de onda completa Projetar e testar uma etapa de um amplificador transistorizado 2 MATERIAL UTILIZADO Laboratório virtual simulador Multisim wwwmultisimcom 3 INTRODUÇÃO Diodos A tensão de alimentação dos circuitos eletrônicos deve ser contínua e estável Mas a tensão fornecida pela rede elétrica é senoidal bipolar tem semiciclos positivo e negativo e a tensão de pico da onda é muito alta O valor da tensão de pico deve ser abaixado transformador ela tem que ser convertida num sinal inteiramente positivo retificador e transformada numa tensão contínua circuito do regulador Os circuitos retificadores utilizam diodos para retificar o sinal alternado anulando o semiciclo negativo retificador de meia onda ou tornando positivo o semiciclo negativo retificador de onda completa para posteriormente ser convertido em contínua por um circuito adequado para essa função Transistores O amplificador é um circuito utilizado para aumentar a potência de sinais analógicos aumentando a tensão e fornecendo corrente na saída do mesmo O amplificador transistorizado como o próprio nome diz é um sistema que usa transistores junto com outros dispositivos não ativos para amplificar o sinal de entrada Chamase transistorizado porque usa dispositivos discretos transistores mas na realidade todos os amplificadores mesmo integrados amplificadores operacionais são compostos internamente por muitos transistores que configuram os circuitos internos de amplificação O amplificador é considerado linear quando não modifica a forma de onda do sinal de entrada e a relação entre sinal de saída e sinal de entrada é determinada por uma constante ganho O amplificador pode ter ganho de tensão ganho de corrente ou ambos EAAutomação1 2 Eletrônica Analógica Prof Eng Viviana R Zurro MSc É necessário que praticamente todos os sinais analógicos sejam amplificados antes de serem processados por sistemas tanto analógicos quanto digitais e a unidade básica de amplificação é o transistor 4 PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS Veja Aula 13 linha 4 Multisim dicas para usar o simulador EXPERIÊNCIA 1 Retificador de meia onda 2 pontos Este experimento consiste em verificar o funcionamento de um circuito retificador de meia onda Verificar os sinais de entrada e saída e traçar a curva de transferência do circuito O circuito a ser montado é o seguinte Figura 1 Retificador de meia onda Métodos 1 Coloque a ponta de prova do Canal 1 no ponto 3 nó de entrada 2 Coloque a ponta de prova do Canal 2 no ponto vo nó de saída 3 Rode a simulação e verifique as formas de onda dos dois canais 4 Coloque no relatório um print da tela com os sinais de entrada e saída 5 025 ponto Explique o resultado e justifique a forma de onda de saída fazendo análise do funcionamento do circuito 6 025 ponto Preencha a Tabela 1 EAAutomação1 3 Eletrônica Analógica Prof Eng Viviana R Zurro MSc Tabela 1 Sinais de entrada e saída de um retificador de meia onda Parâmetro V1 Vo Tensão pico a pico V Frequência Hz Curva de transferência 7 Verifique o procedimento de medição na Aula 13 linha 4 arquivo Multisim Curvas de transferência 8 1 ponto Siga o passo a passo indicado nesse arquivo e preencha a Tabela 2 9 05 ponto Com os dados da tabela monte o gráfico da curva de transferência 𝑣𝑜𝑣𝑖 Tabela 2 Curva de transferência de um retificador de meia onda Vi V valores exemplo VoV 10 8 6 4 2 0 2 4 6 8 10 𝑣𝑜 𝑣𝑖 EAAutomação1 4 Eletrônica Analógica Prof Eng Viviana R Zurro MSc EXPERIÊNCIA 2 Retificador de onda completa 2 pontos Figura 2 Retificador de onda completa Métodos 1 Coloque a ponta de prova do Canal 1 no ponto 3 nó de entrada 2 Coloque a ponta de prova do Canal 2 no ponto vo nó de saída 3 Rode a simulação e verifique as formas de onda dos dois canais 4 Coloque no relatório um print da tela com os sinais de entrada e saída 5 025 ponto Explique o resultado e justifique a forma de onda de saída fazendo análise do funcionamento do circuito 6 025 ponto Preencha a Tabela 3 Tabela 3 Sinais de entrada e saída de um retificador de onda completa Parâmetro V1 Vo Tensão pico a pico V Frequência Hz Curva de transferência 7 Verifique o procedimento de medição na Aula 13 linha 4 arquivo Multisim Curvas de transferência 8 1 ponto Siga o passo a passo indicado nesse arquivo e preencha a Tabela 4 9 05 ponto Com os dados da tabela monte o gráfico da curva de transferência 𝑣𝑜𝑣𝑖 EAAutomação1 5 Eletrônica Analógica Prof Eng Viviana R Zurro MSc Tabela 4 Curva de transferência de um retificador de onda completa Vi V valores exemplo VoV 10 8 6 4 2 0 2 4 6 8 10 𝑣𝑜 𝑣𝑖 EAAutomação1 6 Eletrônica Analógica Prof Eng Viviana R Zurro MSc EXPERIÊNCIA 3 Ceifador em um nível 2 pontos Ajuste a Fonte V1 a um valor de tensão igual ao terceiro número do seu RU Exemplos o RU1845635 ajuste a fonte variável para que tenha 4V na saída o Se seu terceiro número do RU for igual a zero ajuste a tensão de V1 para 3V RU1304545 V13V Figura 3 Ceifador em um nível Métodos 1 Coloque a ponta de prova do Canal 1 no ponto 1 nó de entrada 2 Coloque a ponta de prova do Canal 2 no ponto vo nó de saída 3 Rode a simulação e verifique as formas de onda dos dois canais 4 05 ponto Coloque no relatório um print da tela com os sinais de entrada e saída 5 05 ponto Explique o resultado e justifique a forma de onda de saída fazendo análise do funcionamento do circuito Curva de transferência 6 Verifique o procedimento de medição na Aula 13 linha 4 arquivo Multisim Curvas de transferência 7 075 ponto Siga o passo a passo indicado nesse arquivo e preencha a Tabela 5 8 025 ponto Com os dados da tabela monte o gráfico da curva de transferência 𝑣𝑜𝑣𝑖 EAAutomação1 7 Eletrônica Analógica Prof Eng Viviana R Zurro MSc Tabela 5 Curva de transferência de um ceifador em um nível Vi V valores exemplo VoV 16 14 12 10 8 6 4 2 2 4 6 8 10 12 14 16 𝑣𝑜 𝑣𝑖 EAAutomação1 8 Eletrônica Analógica Prof Eng Viviana R Zurro MSc EXPERIÊNCIA 4 Polarização do transistor Dados do transistor e Fórmulas 4 pontos 𝛽 250 e VBE 07V 𝑉𝐶𝐸 𝑉𝐶𝐶 2 𝐼𝐶 𝛽𝐼𝐵 𝐼𝐸 𝐼𝐶 𝐼𝐵 𝐴𝑉 𝑣𝑜 𝑣𝑖 𝑅𝐶 𝑅𝐸 2 pontos Considerando a alimentação Vcc 15V projetar a etapa de entrada para ter um ganho AV 5o número do seu RU Se o quinto número for 0 ou 1 adotar Av 2 Adotar os resistores necessários e calcular os outros em função deles Para os resistores calculados adotar o resistor de valor comercial mais próximo exemplo se o resistor calculado foi de 30kΩ adotar 27kΩ ou 33kΩ não tem problema em adotar um ou o outro Calcular o restante dos resistores usando estes valores comerciais Sugestão adotar Re 1KΩ e R2 10KΩ Coloque todos os cálculos no relatório Será descontada nota se os cálculos não estiverem no mesmo Circuito de polarização Figura 4 Circuito de polarização de um transistor NPN Métodos 1 Coloque os capacitores de bloqueio de continua filtros C1 e C2 na entrada e na saída do amplificador O capacitor C1 é necessário para que o sinal de contínua de polarização da etapa anterior não tire o amplificador do seu ponto de operação O capacitor C2 na saída serve para que o sinal de contínua de VCE IE IC IB EAAutomação1 9 Eletrônica Analógica Prof Eng Viviana R Zurro MSc polarização desta etapa não apareça na etapa posterior Os dois capacitores bloqueiam a tensão contínua mas deixam passar o sinal a ser amplificado Figura 6 2 Ajuste o Gerador de sinais para fornecer um sinal senoidal de 1V de tensão de pico a pico aproximado com uma frequência aproximada de 1kHz aproximada 3 Coloque este sinal na entrada do amplificador transistorizado como mostra a Figura 6 e verifique na tela do simulador os sinais de entrada e saída Canal 1 CH1 sinal de entrada e Canal 2 CH2 sinal de saída Figura 5 Montagem do circuito para teste do transistor como amplificador 4 Rode a simulação e mostre num gráfico os sinais de entrada e saída Os sinais deverão ficar parecidos com os mostrados na Figura 7 a 05 ponto Coloque os sinais obtidos no relatório CH2 CH1 EAAutomação1 10 Eletrônica Analógica Prof Eng Viviana R Zurro MSc Figura 6 Sinais de entrada e saída de um amplificador transistorizado na configuração emissor comum polarizado em Classe A O sinal de saída está invertido porque o amplificador é inversor e tem ganho negativo 5 Varie o formato amplitude forma de onda e frequência do sinal de entrada e verifique o sinal de saída A resposta do sistema é linear Porque Pesquise a 05 ponto Aumente a amplitude do sinal de entrada para 10V pico a pico O que acontece com o sinal de saída se o sinal de entrada é grande Porque Pesquise b 05 ponto Usando os valores de pico a pico dos sinais de entrada e saída calcule o ganho de tensão 𝐴𝑉 𝑣𝑜 𝑣𝑖 e preencha a Tabela 6 c 05 ponto Compare o ganho medido com o ganho calculado e explique o resultado Pode ser ligeiramente diferente explique por quê Tabela 6 Ganho de tensão de um amplificador transistorizado na configuração emissor comum polarizado em Classe A AVcalculado 𝑹𝒄 𝑹𝒆 AVmedido 𝒗𝒐 𝒗𝒊 Atividade Prática Nome completo Fellipe Rodrigues de oliveira RU 3832073 PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS EXPERIÊNCIA 1 Retificador de meia onda 1 Objetivo A experiência em questão tem como objetivo entender o funcionamento de circuitos com diodos em específico na sua utilização em circuito retificador de meia onda 2 Material utilizado Simulador Multisim 3 Introdução O diodo retificador pode ser utilizado em vários tipos de circuitos como nos retificadores de sinal Muitos equipamentos que estão presentes no nosso dia adia só existem por causa dos diodos A aplicação de sentido didático é o retificador de meia onda em que é utilizado apenas um diodo para retificar uma tensão alternada que será utilizada para alimentar uma determinada carga O princípio básico de funcionamento de um diodo é quando polarizado diretamente conduz corrente elétrica e ao ser polarizado reversamente ele bloqueia a corrente Na Figura 1 temos um esquema de que exemplifica esse funcionamento Figura 1 Exemplo de polarização do diodo retificador Retificador de meia onda No semiciclo positivo o diodo está polarizado diretamente e permite a passagem de corrente Já no semiciclo negativo o diodo está polarizado reversamente e bloqueia a passagem de corrente Dessa forma a tensão se mantém praticamente a mesma da fonte no semiciclo positivo e no semiciclo negativo ela fica zerada Na Figura 4 está representado um circuito retificador de meia onda A tensão de saída Vout está retificada Figura 2 Exemplo básico circuito retificador de meia onda Foi realizada a montagem do circuito retificador de meia onda no simulador Multisim A Figura 3 apresenta o circuito A fonte de corrente alternada foi configurada para ter uma tensão de pico de 180V e a frequência de 60Hz O transformador tem a relação de espiras 101 o diodo é um modelo genérico e foi instalada uma carga de 1KΩ Figura 3 Circuito retificador de meia onda Em seguida colocouse a ponta de prova do Canal 1 no ponto 3 nó de entrada e a ponta de prova do Canal 2 no ponto vo nó de saída As formas de onda obtidas estão na Figura 4 a seguir Figura 4 Simulação do circuito retificador de meia onda Com a Figura 4 é possível observar o funcionamento do circuito retificador de meia onda que no semi ciclo positivo o diodo está polarizado diretamente e assim ele conduz corrente elétrica para a carga e no semi ciclo negativo o diodo estará polarizado reversamente então ele estará bloqueado não permitindo passagem de corrente para a carga Assim quando o diodo estiver bloqueado a tensão na carga será 0 V e no momento que o diodo estiver conduzindo a tensão na carga será a tensão do secundário do transformador subtraída da tensão de condução do diodo que é aproximadamente 07V Por meio da utilização dos cursores é possível medir a tensão de pico a pico e frequência no nó de entrada do secundário do transformadorV1 e a tensão na carga V0 Os valores medidos estão na Tabela 1 A tensão máxima no nó da tensão V1 é aproximadamente 18V pois a relação de espiras do transformador é 101 então a tensão no secundário será 10 vezes menor É possível perceber que a tensão pico a pico no ponto V1 é aproximadamente duas vezes maior que a tensão na carga Isso se deve ao fato de o diodo ter retificado o semi ciclo negativo A tensão de pico de V1 e Vo é aproximadamente 07 que é justamente a tensão de condução do diodo Tabela 1 Sinais de entrada e saída de um retificador de meia onda Parâmetro V1 Vo Tensão de pico a pico V 3594V 1724 V Frequência Hz 60 Hz 60 Hz Curva de transferência Para a construção da curva de transferência mediuse a tensão de Vi e Vo em 10 pontos diferentes dentro de um ciclo Os valores medidos estão na Tabela 2 Com esses valores foi construído a curva que está na Figura 5 Tabela 2 Curva de transferência de um retificador de meia onda ViV VoV 6892m 48678m 1059 106n 1708 1709n 1698 1698n 1039 104n 13591m 27318m 1025 953 1792 1719 1166 1095 3146m 540m 20 15 10 5 0 5 10 15 20 5 0 5 10 15 20 VoV Figura 5 Curva de transferência de um retificador de meia onda Pela curva da Figura 5 é possível reforçar o que já foi abordado sobre o comportamento de um retificador de meia onda Quando Vi é menor que 0V a tensão na carga aproximadamente 0V pois o diodo estará polarizado reversamente EXPERIÊNCIA 2 Retificador de onda completa 1 Objetivo A experiência em questão tem como objetivo entender o funcionamento de circuitos com diodos em específico na sua utilização em circuito retificador de onda completa 2 Material utilizado Simulador Multisim 3 Introdução A retificação de onda completa com derivação central é a denominação técnica que se dá ao circuito retificador de onda completa que emprega dois diodos semicondutores quando se deriva o terminal negativo de saída do circuito da porção central do secundário do transformador sendo o terminal positivo considerado no ponto de interconexão dos dois diodos conforme ilustrado na Figura 6 Figura 6 Circuito retificador de onda completa com derivação central ViV 4 Metodologia e resultados Inicialmente montouse o circuito retificador de onda completa no simulador Multisim como mostra a Figura 7 O transformador utilizado tem a relação de transformação 101 a fonte de tensão é alternada com tensão de 180V de pico e uma carga de 1kΩ Figura 7 Circuito retificador de onda completa no Multisim Em seguida foi colocada uma ponta de prova do Canal 1 no ponto 3 nó de entrada do secundário e a ponta de prova do Canal 2 no ponto vo nó de saída Realizouse a simulação e as formas de onda obtidas estão na Figura 8 Figura 8 Formas de onda circuito retificador de onda completa A partir da Figura 8 é possível verificar o pleno funcionamento do circuito A característica principal do circuito retificador de conda completa com derivação central é que a tensão de pico do secundário é dividida em duas partes já que há um terra no ponto central do transformador Então já que a relação de espiras é 101 e a tensão de pico do primário é 180V a tensão de pico em cada uma da dupla de terminais do secundário será de 9V Isso pode ser verificado na curva no canal de entrada onde a tensão de pico é aproximadamente 9V que é a metade de 18V Já a tensão na carga não apresenta valor negativo uma vez que no semi ciclo positivo do primário o diodo D1 conduz e no semi ciclo negativo do primário o diodo D2 conduz Assim a tensão de saída do retificador não apresenta valor nulo por um semi ciclo como era o caso de um retificador de meia onda Verificase também que a frequência do sinal de saída dobrou de valor 120Hz Dessa maneira o rendimento da retificação de onda completa com derivação central é o dobro daquele obtido na retificação de meia onda A Tabela 3 apresenta os valores de pico da tensão no nó de entrada do secundárioV1 e a tensão de saída para a carga Vo Tabela 3 Sinais de entrada e saída de um retificador de onda completa Parâmetro V1 Vo Tensão de pico a pico V 1795V 816 V Frequência Hz 60 Hz 120 Hz Curva de transferência Para a construção da curva de transferência mediuse a tensão de Vi e Vo em 10 pontos diferentes dentro de um ciclo Os valores medidos estão na Tabela 4 Com esses valores foi construído a curva que está na Figura 9 Tabela 4 Curva de transferência de um retificador de onda completa ViV VoV 0V 0V 610V 541V 894V 823V 689V 619V 086V 048V 536V 467V 883V 811V 755V 685V 224V 158V 047V 010V 10 8 6 4 2 0 2 4 6 8 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 VoV Figura 9 Curva de transferência de um retificador de onda completa Pela curva da Figura 9 é possível reforçar o que já foi abordado sobre o comportamento de um retificador de onda completa A tensão de saída Vo apresenta apenas valores positivos EXPERIÊNCIA 3 CEIFADOR EM UM NÍVEL IntroduçãoCeifadores são circuitos que utilizam diodos para ceifar uma porção de um sinal de entrada sem distorcer o restante da forma de onda aplicada Métodos Inicialmente montouse o circuito da Figura 10 no simulador multisim Figura 10 Circuito ceifador no Multisim ViV Utilizouse uma ponta de prova no canal de entrada do circuito e outra no ponto da tensão de saívaVo As formas de onda geradas estão na Figura 11 Figura 11 Formas de onda circuito ceifador em um nível Pela Figura 11 é possível perceber que o circuito montado atuou como um ceifador corretamente onde o sinal ceifado foi a parte positiva da senoide e assim o sinal na carga é limitado a 3V na parte positiva e na parte negativa acompanha a forma de onda da entrada que tem o valor de pico negativo em aproximadamente 10V O pico negativo em Vo não foi exatamente 10V pois há uma queda de tensão de condução do diodo Curva de transferência Para a construção da curva de transferência mediuse a tensão de Vi e Vo em 12 pontos diferentes dentro de um ciclo Os valores medidos estão na Tabela 5 Com esses valores foi construído a curva que está na Figura 10 Tabela 5 Curva de transferência circuito ceifador de um nível ViV VoV 251V 299V 568V 300V 945V 300V 952V 300V 596V 300V 026V 060V 595V 539V 943V 871V 948V 870V 586V 515V 0015V 087V 293V 299V 15 10 5 0 5 10 15 10 8 6 4 2 0 2 4 VoV Figura 10 CIrva de transferência de um circuito ceifador de um nível Com a Figura 10 é possível reforçar o que foi visto em simulação que o sinal positivo de saí é limitado em 3V e o sinal negativo acompanha a tensão de entradaVi EXPERIÊNCIA 4 Polarização do transistor Dados do transistor e Fórmulas A polarização de transistores é o processo de aplicação de uma tensão DC corrente contínua ou corrente adequada para operar o transistor em uma região específica do seu gráfico característico de corrente versus tensão IV permitindo que ele opere como amplificador ou chave em um circuito Existem diferentes tipos de polarização de transistor cada um com sua própria faixa de operação e benefícios A escolha do tipo de polarização depende do circuito específico e das suas exigências em termos de estabilidade eficiência e faixa de operação A polarização adequada é importante para garantir a operação correta e estável do circuito bem como evitar distorção do sinal de saída e redução da vida útil do transistor Se a polarização estiver incorreta o transistor pode operar em uma região não linear do seu gráfico IV o que pode resultar em distorção de sinal sobreaquecimento e eventual falha A polarização é uma técnica amplamente utilizada na eletrônica sendo empregada em circuitos analógicos digitais de potência e muitos outros Métodos ViV O circuito de polarização a ser simulado será o que está apresentado na Figura 11 A tensão Vcc 15V o ganho será de Av 2 Re 1kΩ e R2 10kΩ Os demais resistores serão calculados O valor de beta considerado é β250 e VBE 07V As equações utilizadas para os cálculos dos parâmetros do circuito estão abaixo V CEV cc 2 15 2 7 5V 1 2 3 4 Dado que o valor da resistência de emissor Re é de 1kΩ e que o ganho do amplifcador será 4 com a Equação 4 é possível calcular a resistência no terminal coletor Rc Assim RCAvRE4 kΩ Aplicando Thevenin na base do transistor e considerando o resistor R1 40kΩ V thV ccR2 R1R2 1510k 50k 3V 5 E a resistência de Thevenin RTHR1 R2 R1R2 R1R2 10k40k 50 k 8kΩ 6 O circuito fica conforme a Figura 12 Figura 12 Circuito de polarização por divisão de tensão Em seguida será calculado as correntes de base do coletor e do emissor V thI B RthV BEI E REI B RthV BEβ1 I B RE 7 Rearranjando a equação 7 I B V thV BE Rthβ1RE 307 8k25011k 14 29 μA A corrente de coletor será I C250I B357mA E a corrente de emissor será I EI BI C358mA Figura 13 Circuito de polarização de um transistor NPN Figura 14 Montagem do circuito para teste do transistor como amplificador O circuito foi simulado e as formas de onda estão na Figura 15 Figura 15 Simulação circuito amplificador inversor Questões Varie o formato amplitude forma de onda e frequência do sinal de entrada e verifique o sinal de saída A resposta do sistema é linear Porque Variouse a amplitude do sinal de entrada e percebeuse que a resposta foi linear até aproximadamente 20V de entrada e acima desse valor a tensão de saída começou a apresentar distorções na forma de onda As Figuras 16 e 17 apresentam as formas de onda para as tensões de entrada de 20V e 30V respectivamente Figura 16 Formas de onda quando Vin20 V Figura 17 Formas de onda quando Vin30 V a Aumente a amplitude do sinal de entrada para 10V pico a pico O que acontece com o sinal de saída se o sinal de entrada é grande Ao aumentar a tensão de entrada para 10V percebese que a tensão de saída apresenta grande distorção do sinal Isso é justificado pelo fato de o transistor estar operando na região de saturação Figura 18 Formas de onda para Vin 10V b Usando os valores de pico a pico dos sinais de entrada e saída calcule o ganho de tensão 𝐴𝑉 𝑣𝑜𝑣𝑖 e preencha a Tabela 6 Tabela 6 Cálculos dos ganhos Av calculado Av medido Rc Re 4k 1k 4 v0 vi 4 15 0997 415 c Compare o ganho medido com o ganho calculado e explique o resultado Comparando os ganhos de tensão calculado e medido verificase uma ligeira diferença entre eles que pode ser justificado por arredondamentos nos cálculos e também no uso do transistor e da fonte de entrada que costumam apresentar oscilações e perdas simulando circuitos reais Atividade Prática Nome completo Fellipe Rodrigues de oliveira RU 3832073 PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS EXPERIÊNCIA 1 Retificador de meia onda 1 Objetivo A experiência em questão tem como objetivo entender o funcionamento de circuitos com diodos em específico na sua utilização em circuito retificador de meia onda 2 Material utilizado Simulador Multisim 3 Introdução O diodo retificador pode ser utilizado em vários tipos de circuitos como nos retificadores de sinal Muitos equipamentos que estão presentes no nosso dia adia só existem por causa dos diodos A aplicação de sentido didático é o retificador de meia onda em que é utilizado apenas um diodo para retificar uma tensão alternada que será utilizada para alimentar uma determinada carga O princípio básico de funcionamento de um diodo é quando polarizado diretamente conduz corrente elétrica e ao ser polarizado reversamente ele bloqueia a corrente Na Figura 1 temos um esquema de que exemplifica esse funcionamento Figura 1 Exemplo de polarização do diodo retificador Retificador de meia onda No semiciclo positivo o diodo está polarizado diretamente e permite a passagem de corrente Já no semiciclo negativo o diodo está polarizado reversamente e bloqueia a passagem de corrente Dessa forma a tensão se mantém praticamente a mesma da fonte no semiciclo positivo e no semiciclo negativo ela fica zerada Na Figura 4 está representado um circuito retificador de meia onda A tensão de saída Vout está retificada Figura 2 Exemplo básico circuito retificador de meia onda Foi realizada a montagem do circuito retificador de meia onda no simulador Multisim A Figura 3 apresenta o circuito A fonte de corrente alternada foi configurada para ter uma tensão de pico de 180V e a frequência de 60Hz O transformador tem a relação de espiras 101 o diodo é um modelo genérico e foi instalada uma carga de 1KΩ Figura 3 Circuito retificador de meia onda Em seguida colocouse a ponta de prova do Canal 1 no ponto 3 nó de entrada e a ponta de prova do Canal 2 no ponto vo nó de saída As formas de onda obtidas estão na Figura 4 a seguir Figura 4 Simulação do circuito retificador de meia onda Com a Figura 4 é possível observar o funcionamento do circuito retificador de meia onda que no semi ciclo positivo o diodo está polarizado diretamente e assim ele conduz corrente elétrica para a carga e no semi ciclo negativo o diodo estará polarizado reversamente então ele estará bloqueado não permitindo passagem de corrente para a carga Assim quando o diodo estiver bloqueado a tensão na carga será 0 V e no momento que o diodo estiver conduzindo a tensão na carga será a tensão do secundário do transformador subtraída da tensão de condução do diodo que é aproximadamente 07V Por meio da utilização dos cursores é possível medir a tensão de pico a pico e frequência no nó de entrada do secundário do transformadorV1 e a tensão na carga V0 Os valores medidos estão na Tabela 1 A tensão máxima no nó da tensão V1 é aproximadamente 18V pois a relação de espiras do transformador é 101 então a tensão no secundário será 10 vezes menor É possível perceber que a tensão pico a pico no ponto V1 é aproximadamente duas vezes maior que a tensão na carga Isso se deve ao fato de o diodo ter retificado o semi ciclo negativo A tensão de pico de V1 e Vo é aproximadamente 07 que é justamente a tensão de condução do diodo Tabela 1 Sinais de entrada e saída de um retificador de meia onda Parâmetro V1 Vo Tensão de pico a pico V 3594V 1724 V Frequência Hz 60 Hz 60 Hz Curva de transferência Para a construção da curva de transferência mediuse a tensão de Vi e Vo em 10 pontos diferentes dentro de um ciclo Os valores medidos estão na Tabela 2 Com esses valores foi construído a curva que está na Figura 5 Tabela 2 Curva de transferência de um retificador de meia onda ViV VoV 6892m 48678m 1059 106n 1708 1709n 1698 1698n 1039 104n 13591m 27318m 1025 953 1792 1719 1166 1095 3146m 540m Figura 5 Curva de transferência de um retificador de meia onda Pela curva da Figura 5 é possível reforçar o que já foi abordado sobre o comportamento de um retificador de meia onda Quando Vi é menor que 0V a tensão na carga aproximadamente 0V pois o diodo estará polarizado reversamente EXPERIÊNCIA 2 Retificador de onda completa 1 Objetivo A experiência em questão tem como objetivo entender o funcionamento de circuitos com diodos em específico na sua utilização em circuito retificador de onda completa 2 Material utilizado Simulador Multisim 3 Introdução A retificação de onda completa com derivação central é a denominação técnica que se dá ao circuito retificador de onda completa que emprega dois diodos semicondutores quando se deriva o terminal negativo de saída do circuito da porção central do secundário do transformador sendo o terminal positivo considerado no ponto de interconexão dos dois diodos conforme ilustrado na Figura 6 Figura 6 Circuito retificador de onda completa com derivação central 2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 20 15 10 5 0 5 10 15 20 VoV ViV 4 Metodologia e resultados Inicialmente montouse o circuito retificador de onda completa no simulador Multisim como mostra a Figura 7 O transformador utilizado tem a relação de transformação 101 a fonte de tensão é alternada com tensão de 180V de pico e uma carga de 1kΩ Figura 7 Circuito retificador de onda completa no Multisim Em seguida foi colocada uma ponta de prova do Canal 1 no ponto 3 nó de entrada do secundário e a ponta de prova do Canal 2 no ponto vo nó de saída Realizouse a simulação e as formas de onda obtidas estão na Figura 8 Figura 8 Formas de onda circuito retificador de onda completa A partir da Figura 8 é possível verificar o pleno funcionamento do circuito A característica principal do circuito retificador de conda completa com derivação central é que a tensão de pico do secundário é dividida em duas partes já que há um terra no ponto central do transformador Então já que a relação de espiras é 101 e a tensão de pico do primário é 180V a tensão de pico em cada uma da dupla de terminais do secundário será de 9V Isso pode ser verificado na curva no canal de entrada onde a tensão de pico é aproximadamente 9V que é a metade de 18V Já a tensão na carga não apresenta valor negativo uma vez que no semi ciclo positivo do primário o diodo D1 conduz e no semi ciclo negativo do primário o diodo D2 conduz Assim a tensão de saída do retificador não apresenta valor nulo por um semi ciclo como era o caso de um retificador de meia onda Verificase também que a frequência do sinal de saída dobrou de valor 120Hz Dessa maneira o rendimento da retificação de onda completa com derivação central é o dobro daquele obtido na retificação de meia onda A Tabela 3 apresenta os valores de pico da tensão no nó de entrada do secundárioV1 e a tensão de saída para a carga Vo Tabela 3 Sinais de entrada e saída de um retificador de onda completa Parâmetro V1 Vo Tensão de pico a pico V 1795V 816 V Frequência Hz 60 Hz 120 Hz Curva de transferência Para a construção da curva de transferência mediuse a tensão de Vi e Vo em 10 pontos diferentes dentro de um ciclo Os valores medidos estão na Tabela 4 Com esses valores foi construído a curva que está na Figura 9 Tabela 4 Curva de transferência de um retificador de onda completa ViV VoV 0V 0V 610V 541V 894V 823V 689V 619V 086V 048V 536V 467V 883V 811V 755V 685V 224V 158V 047V 010V Figura 9 Curva de transferência de um retificador de onda completa Pela curva da Figura 9 é possível reforçar o que já foi abordado sobre o comportamento de um retificador de onda completa A tensão de saída Vo apresenta apenas valores positivos EXPERIÊNCIA 3 CEIFADOR EM UM NÍVEL IntroduçãoCeifadores são circuitos que utilizam diodos para ceifar uma porção de um sinal de entrada sem distorcer o restante da forma de onda aplicada Métodos Inicialmente montouse o circuito da Figura 10 no simulador multisim Figura 10 Circuito ceifador no Multisim 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 5 0 5 10 VoV ViV Utilizouse uma ponta de prova no canal de entrada do circuito e outra no ponto da tensão de saívaVo As formas de onda geradas estão na Figura 11 Figura 11 Formas de onda circuito ceifador em um nível Pela Figura 11 é possível perceber que o circuito montado atuou como um ceifador corretamente onde o sinal ceifado foi a parte positiva da senoide e assim o sinal na carga é limitado a 3V na parte positiva e na parte negativa acompanha a forma de onda da entrada que tem o valor de pico negativo em aproximadamente 10V O pico negativo em Vo não foi exatamente 10V pois há uma queda de tensão de condução do diodo Curva de transferência Para a construção da curva de transferência mediuse a tensão de Vi e Vo em 12 pontos diferentes dentro de um ciclo Os valores medidos estão na Tabela 5 Com esses valores foi construído a curva que está na Figura 10 Tabela 5 Curva de transferência circuito ceifador de um nível ViV VoV 251V 299V 568V 300V 945V 300V 952V 300V 596V 300V 026V 060V 595V 539V 943V 871V 948V 870V 586V 515V 0015V 087V 293V 299V Figura 10 CIrva de transferência de um circuito ceifador de um nível Com a Figura 10 é possível reforçar o que foi visto em simulação que o sinal positivo de saí é limitado em 3V e o sinal negativo acompanha a tensão de entradaVi EXPERIÊNCIA 4 Polarização do transistor Dados do transistor e Fórmulas A polarização de transistores é o processo de aplicação de uma tensão DC corrente contínua ou corrente adequada para operar o transistor em uma região específica do seu gráfico característico de corrente versus tensão IV permitindo que ele opere como amplificador ou chave em um circuito Existem diferentes tipos de polarização de transistor cada um com sua própria faixa de operação e benefícios A escolha do tipo de polarização depende do circuito específico e das suas exigências em termos de estabilidade eficiência e faixa de operação A polarização adequada é importante para garantir a operação correta e estável do circuito bem como evitar distorção do sinal de saída e redução da vida útil do transistor Se a polarização estiver incorreta o transistor pode operar em uma região não linear do seu gráfico IV o que pode resultar em distorção de sinal sobreaquecimento e eventual falha A polarização é uma técnica amplamente utilizada na eletrônica sendo empregada em circuitos analógicos digitais de potência e muitos outros Métodos 12 10 8 6 4 2 0 2 4 15 10 5 0 5 10 15 VoV ViV O circuito de polarização a ser simulado será o que está apresentado na Figura 11 A tensão Vcc 15V o ganho será de Av 2 Re 1kΩ e R2 10kΩ Os demais resistores serão calculados O valor de beta considerado é β250 e VBE 07V As equações utilizadas para os cálculos dos parâmetros do circuito estão abaixo 𝑉𝐶𝐸 𝑉𝑐𝑐 2 15 2 75𝑉 1 2 3 4 Dado que o valor da resistência de emissor Re é de 1kΩ e que o ganho do amplifcador será 4 com a Equação 4 é possível calcular a resistência no terminal coletor Rc Assim 𝑅𝐶 𝐴𝑣 𝑅𝐸 4𝑘𝛺 Aplicando Thevenin na base do transistor e considerando o resistor R1 40kΩ 𝑉𝑡ℎ 𝑉𝑐𝑐 𝑅2 𝑅1𝑅2 15 10𝑘 50𝑘 3𝑉 5 E a resistência de Thevenin 𝑅𝑇𝐻 𝑅1𝑅2 𝑅1 𝑅2 𝑅1𝑅2 10𝑘40𝑘 50𝑘 8𝑘𝛺 6 O circuito fica conforme a Figura 12 Figura 12 Circuito de polarização por divisão de tensão Em seguida será calculado as correntes de base do coletor e do emissor 𝑉𝑡ℎ 𝐼𝐵𝑅𝑡ℎ 𝑉𝐵𝐸 𝐼𝐸𝑅𝐸 𝐼𝐵𝑅𝑡ℎ 𝑉𝐵𝐸 𝛽 1𝐼𝐵𝑅𝐸 7 Rearranjando a equação 7 𝐼𝐵 𝑉𝑡ℎ 𝑉𝐵𝐸 𝑅𝑡ℎ 𝛽 1𝑅𝐸 3 07 8𝑘 250 11𝑘 1429𝜇𝐴 A corrente de coletor será 𝐼𝐶 250 𝐼𝐵 357𝑚𝐴 E a corrente de emissor será 𝐼𝐸 𝐼𝐵 𝐼𝐶 358𝑚𝐴 Figura 13 Circuito de polarização de um transistor NPN Figura 14 Montagem do circuito para teste do transistor como amplificador O circuito foi simulado e as formas de onda estão na Figura 15 Figura 15 Simulação circuito amplificador inversor Questões Varie o formato amplitude forma de onda e frequência do sinal de entrada e verifique o sinal de saída A resposta do sistema é linear Porque Variouse a amplitude do sinal de entrada e percebeuse que a resposta foi linear até aproximadamente 20V de entrada e acima desse valor a tensão de saída começou a apresentar distorções na forma de onda As Figuras 16 e 17 apresentam as formas de onda para as tensões de entrada de 20V e 30V respectivamente Figura 16 Formas de onda quando Vin20 V Figura 17 Formas de onda quando Vin30 V a Aumente a amplitude do sinal de entrada para 10V pico a pico O que acontece com o sinal de saída se o sinal de entrada é grande Ao aumentar a tensão de entrada para 10V percebese que a tensão de saída apresenta grande distorção do sinal Isso é justificado pelo fato de o transistor estar operando na região de saturação Figura 18 Formas de onda para Vin 10V b Usando os valores de pico a pico dos sinais de entrada e saída calcule o ganho de tensão 𝐴𝑉 𝑣𝑜𝑣𝑖 e preencha a Tabela 6 Tabela 6 Cálculos dos ganhos Av calculado Av medido 𝑅𝑐 𝑅𝑒 4𝑘 1𝑘 4 𝑣0 𝑣𝑖 415 0997 415 c Compare o ganho medido com o ganho calculado e explique o resultado Comparando os ganhos de tensão calculado e medido verificase uma ligeira diferença entre eles que pode ser justificado por arredondamentos nos cálculos e também no uso do transistor e da fonte de entrada que costumam apresentar oscilações e perdas simulando circuitos reais