Atividade Pratica

Eletrônica Analógica Prof Eng Viviana R Zurro MSc EaDLabModelo 1 Atividade Prática Nome completo e RU do aluno PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS EXPERIÊNCIA 1 Retificador de meia onda Coloque uma foto do circuito montado no protoboard ou uma imagem da tela do simulador com o circuito montado Coloque uma imagem da tela do osciloscópio ou da tela do simulador mostrando os sinais de entrada e saída Realize a medição solicitada e preencha a Tabela 1 Explique o princípio de funcionamento do circuito Tabela 1 Sinais de entrada e saída de um retificador de meia onda Parâmetro 𝒗𝒊 𝒗𝒐 Tensão pico a pico V Frequência Hz Curva de transferência Na tela com os sinais de entrada e saída faça várias medições e preencha a Tabela 2 é conveniente montar a tabela no Excel para que o próprio Excel faça o gráfico Tabela 2 Curva de transferência de um retificador de meia onda 𝒗𝒊 𝒗𝒐 Eletrônica Analógica Prof Eng Viviana R Zurro MSc EaDLabModelo 2 Com os dados da tabela monte o gráfico da curva de transferência EXPERIÊNCIA 2 Ceifador em dois níveis Monte o circuito seguindo as indicações do roteiro Coloque uma foto do circuito montado no protoboard ou uma imagem da tela do simulador com o circuito montado Coloque uma imagem da tela do osciloscópio ou da tela do simulador mostrando os sinais de entrada e saída Realize a medição solicitada e preencha a Tabela 3 Explique o princípio de funcionamento do circuito Tabela 3 Sinais de entrada e saída de um retificador de meia onda Parâmetro 𝒗𝒊 𝒗𝒐 Tensão pico a pico V Frequência Hz Curva de transferência Na tela com os sinais de entrada e saída faça várias medições e preencha a Tabela 4 é conveniente montar a tabela no Excel para que o próprio Excel faça o gráfico Tabela 4 Curva de transferência de um ceifador em dois níveis 𝒗 𝒊 𝒗 𝒐 Eletrônica Analógica Prof Eng Viviana R Zurro MSc EaDLabModelo 3 𝒗𝒊 𝒗𝒐 Com os dados da tabela monte o gráfico da curva de transferência 𝒗 𝒊 𝒗 𝒐 Eletrônica Analógica Prof Eng Viviana R Zurro MSc EaDLabModelo 4 EXPERIÊNCIA 3 Amplificador somador Coloque uma foto do circuito montado no protoboard ou uma imagem da tela do simulador com o circuito montado Coloque TODOS OS CÁLCULOS solicitados para montagem do circuito Coloque uma imagem da tela do osciloscópio ou da tela do simulador mostrando os sinais de entrada e saída Os sinais de entrada devem ser os solicitados no roteiro Explique o princípio de funcionamento do circuito Eletrônica Analógica Prof Eng Viviana R Zurro MSc M1 Roteiro kit polo 1 Atividade Prática 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 Montar circuitos básicos com amplificadores operacionais MATERIAL UTILIZADO Os materiais consumíveis deverão ser adquiridos pelos alunos para realizar a prática Componentes o aluno deverá adquirir consumíveis Quantidade mínima Material Utilizado 2 Diodos 1N4007 1 CI UA741 1 Transistor BC337 ou BC548 NPN Resistores vários o valor dos resistores dependerá do cálculo do aluno 1 Capacitor eletrolítico de 10μA Cabos Flexíveis para as conexões na protoboard 1 Transformador 22011012x2 transformador com ponto médio Equipamentos fornecidos pelo polo Duas fontes de alimentação Um osciloscópio com gerador de funções Um multímetro Uma protoboard Termo de responsabilidade Disclaimer São de total responsabilidade do aluno os danos que os equipamentos e os componentes possam vir a sofrer devido a uso inadequado dos mesmos Todos os materiais disponibilizados tais como manuais vídeos e apostilas com as explicações acerca do uso dos dispositivos deverão ser vistos e estudados na sua totalidade antes de ligar os mesmos para evitar danos aos equipamentos e aos usuários Eletrônica Analógica Prof Eng Viviana R Zurro MSc M1 Roteiro kit polo 2 Diodo Transistor BC337 Amplificador Operacional UA741 ATIVIDADE Incluir fotos de todos os circuitos montados e de todas as atividades realizadas Antes de realizar a atividade assistir ao seguinte vídeo Osciloscópio Polos UNINTER Calibração das pontas uso do Gerador de Funções uso dos cursores httpsyoutubeSG734IVSn2Y Eletrônica Analógica Prof Eng Viviana R Zurro MSc M1 Roteiro kit polo 3 EXPERIÊNCIA 1 Ceifador em dois níveis Nota da atividade 3 pontos Figura 1 Transformador com duas bobinas no secundário Figura 2 Ceifador em dois níveis Métodos 1 Separe os seguintes materiais a Protoboard b Transformador c Osciloscópio d 2 Diodos 1N400X Eletrônica Analógica Prof Eng Viviana R Zurro MSc M1 Roteiro kit polo 4 e 1 Resistor de 10 kΩ f 2 Fontes de alimentação 2 Monte o circuito no Protoboard seguindo o esquema mostrado na Figura 3 Figura 3 Montagem do circuito Eletrônica Analógica Prof Eng Viviana R Zurro MSc M1 Roteiro kit polo 5 Figura 4 Colocação das pontas do osciloscópio 3 Para realizar a tarefa siga o passo a passo indicado no vídeo a seguir Ceifador em dois níveis httpsyoutubeUnvKUDj2jU 4 Conteúdo do vídeo a Montagem do circuito b Uso dos equipamentos de medição c Passo a passo para preenchimento das Tabelas 1 e 2 5 Para usar os cursores para levantamento de dados da Tabela 2 veja o vídeo da página 2 Tabela 1 Sinais de entrada e saída de um ceifador ver vídeo para saber como completar a tabela Parâmetro 𝒗𝒊 𝑽 𝒗𝒐 𝑽 Tensão pico a pico V Frequência Hz Tabela 2 Curva de transferência de um ceifador em dois níveis ver vídeo para saber como completar a tabela 𝒗𝒊 𝑽 𝒗𝒐 𝑽 6 Coloque no relatório uma imagem da tela do osciloscópio mostrando os sinais de entrada e saída a 1p Explique o funcionamento do circuito funcionamento do circuito com diodos b 05p Justifique a forma de onda de saída Eletrônica Analógica Prof Eng Viviana R Zurro MSc M1 Roteiro kit polo 6 7 15p A partir dos sinais de entrada e saída apresentados na Tabela 2 faça o gráfico da curva de transferência do circuito Como traçar a curva de transferência usando o Excel httpsyoutubeBy8LOOIB33g EXPERIÊNCIA 2 Amplificador transistorizado Nota da atividade 4 pontos Polarizar um circuito transistorizado para trabalhar na região ativa considerando os seguintes dados 𝛽 250 𝑉𝐵𝐸 07𝑉 𝑉𝐶𝐸 𝑉𝐶𝐶 2 Considerando a alimentação 𝑉𝐶𝐶 15𝑉 projetar a etapa para ter um ganho 𝐴𝑉 4 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 Figura 5 Amplificador transistorizado Métodos 1 Separe os seguintes materiais a Protoboard b Gerador de funções c Osciloscópio Eletrônica Analógica Prof Eng Viviana R Zurro MSc M1 Roteiro kit polo 7 d Fonte de alimentação e 1 Transistor BC337 f Resistores calculados no projeto g 1 Capacitor de 10µF o de saída não será necessário neste caso Figura 6 Montagem do circuito Figura 7 Colocação das pontas do osciloscópio Eletrônica Analógica Prof Eng Viviana R Zurro MSc M1 Roteiro kit polo 8 2 15p Cálculo do circuito a partir dos dados do ponto de operação 3 Para realizar a tarefa siga o passo a passo indicado no vídeo a seguir Transístor de junção httpsyoutubefPOEEqmS7oI 4 Conteúdo do vídeo a Montagem do circuito b Uso dos equipamentos de medição c Passo a passo para preenchimento das Tabelas 3 e 4 5 Para usar o gerador de funções veja o vídeo da página 2 Tabela 3 Ponto de operação do transistor ver vídeo para saber como completar a tabela 𝑽𝑪𝑬 𝑽𝑩𝑬 𝑰𝑪 𝑰𝑩 Tabela 4 Ganho de tensão de um amplificador transistorizado na configuração emissor comum polarizado em Classe A ver vídeo para saber como completar a tabela 𝑨𝑽 calculado 𝑨𝑽 medido 6 Coloque no relatório imagens da tela do osciloscópio mostrando os sinais de entrada e saída a 05p Determine o ponto de operação real do sistema Tabela 3 b 05p 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 Por quê Pesquise c 05p 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 Por quê Pesquise d 05p 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 4 e 05p Compare o ganho medido com o ganho calculado e explique o resultado Pode ser ligeiramente diferente explique por quê EXPERIÊNCIA 3 Amplificador Operacional Nota da atividade 3 pontos Os amplificadores apresentados na Figura 6 serão testados por separado O amplificador operacional deverá ser alimentado com 𝑉𝐶𝐶 12𝑉 e 𝑉𝐸𝐸 12𝑉 Eletrônica Analógica Prof Eng Viviana R Zurro MSc M1 Roteiro kit polo 9 05p Para o amplificador inversor Figura 6a calcular 𝑅1 e 𝑅2 de tal forma que o circuito tenha um ganho de tensão 𝐴𝑉 4 05p Para o amplificador não inversor Figura 6b calcular 𝑅1 e 𝑅2 de tal forma que o circuito tenha um ganho de tensão 𝐴𝑉 3 Para os dois circuitos o Adotar os resistores necessários e calcular os outros em função deles o Para os resistores calculados adotar o resistor de valor comercial mais próximo Sugestão adotar 𝑅1 1𝑘Ω Coloque todos os cálculos no relatório Será descontada nota se os cálculos não estiverem no mesmo a b Figura 8 a Amplificador inversor b Amplificador não inversor Métodos Para os dois circuitos 1 Separe os seguintes materiais a Protoboard b Gerador de funções c Osciloscópio d 2 Fontes de alimentação e 1 Amplificador operacional UA741 pode ter outro nome como LM741 o que importa é o número 741 f Resistores calculados no projeto Eletrônica Analógica Prof Eng Viviana R Zurro MSc M1 Roteiro kit polo 10 Figura 9 Amplificador inversor montagem do circuito Figura 10 Amplificador não inversor montagem do circuito e colocação das pontas do osciloscópio 2 Para realizar a tarefa siga o passo a passo indicado nos vídeos a seguir Amplificador inversor httpsyoutubeFwNEiwguIdU Pino 1 Pino 1 Eletrônica Analógica Prof Eng Viviana R Zurro MSc M1 Roteiro kit polo 11 Amplificador não inversor httpsyoutube8yOD3sek28I 3 Conteúdo dos vídeos a Montagem do circuito b Uso dos equipamentos de medição c Passo a passo para preenchimento da Tabela 5 4 Para usar o gerador de funções veja o vídeo da página 2 5 Coloque no relatório imagens da tela do osciloscópio mostrando os sinais de entrada e saída a Deverá ser apresentado um gráfico para cada circuito b Em cada gráfico deverá ser especificado a qual circuito ele pertence c Para os dois amplificadores i 05p 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 Por quê Pesquise ii 05p 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 Por quê Pesquise iii 05p 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 5 iv 05p Compare o ganho medido com o ganho calculado e explique o resultado Pode ser ligeiramente diferente explique por quê Tabela 5 Ganho de tensão de amplificadores na configuração de inversor e não inversor ver vídeos para saber como completar a tabela Inversor Não inversor 𝑨𝑽 calculado 𝑨𝑽 medido 𝑨𝑽 calculado 𝑨𝑽 medido EaDLabModelo 1 Eletrônica Analógica Prof Eng Viviana R Zurro MSc Atividade Prática Nome completo e RU do aluno PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS EXPERIÊNCIA 1 Retificador de meia onda Coloque uma foto do circuito montado no protoboard ou uma imagem da tela do simulador com o circuito montado Coloque uma imagem da tela do osciloscópio ou da tela do simulador mostrando os sinais de entrada e saída Realize a medição solicitada e preencha a Tabela 1 Explique o princípio de funcionamento do circuito Tabela 1 Sinais de entrada e saída de um retificador de meia onda Parâmetro 𝒗𝒊 𝒗𝒐 Tensão pico a pico V Frequência Hz Curva de transferência Na tela com os sinais de entrada e saída faça várias medições e preencha a Tabela 2 é conveniente montar a tabela no Excel para que o próprio Excel faça o gráfico Tabela 2 Curva de transferência de um retificador de meia onda 𝒗𝒊 𝒗𝒐 EaDLabModelo 2 Eletrônica Analógica Prof Eng Viviana R Zurro MSc Com os dados da tabela monte o gráfico da curva de transferência EXPERIÊNCIA 2 Ceifador em dois níveis Monte o circuito seguindo as indicações do roteiro Coloque uma foto do circuito montado no protoboard ou uma imagem da tela do simulador com o circuito montado Coloque uma imagem da tela do osciloscópio ou da tela do simulador mostrando os sinais de entrada e saída Realize a medição solicitada e preencha a Tabela 3 Explique o princípio de funcionamento do circuito Tabela 3 Sinais de entrada e saída de um retificador de meia onda Parâmetro 𝒗𝒊 𝒗𝒐 Tensão pico a pico V Frequência Hz Curva de transferência Na tela com os sinais de entrada e saída faça várias medições e preencha a Tabela 4 é conveniente montar a tabela no Excel para que o próprio Excel faça o gráfico Tabela 4 Curva de transferência de um ceifador em dois níveis 𝒗𝒐 𝒗𝒊 EaDLabModelo 3 Eletrônica Analógica Prof Eng Viviana R Zurro MSc 𝒗𝒊 𝒗𝒐 Com os dados da tabela monte o gráfico da curva de transferência 𝒗𝒐 𝒗𝒊 EaDLabModelo 4 Eletrônica Analógica Prof Eng Viviana R Zurro MSc EXPERIÊNCIA 3 Amplificador somador Coloque uma foto do circuito montado no protoboard ou uma imagem da tela do simulador com o circuito montado Coloque TODOS OS CÁLCULOS solicitados para montagem do circuito Coloque uma imagem da tela do osciloscópio ou da tela do simulador mostrando os sinais de entrada e saída Os sinais de entrada devem ser os solicitados no roteiro Explique o princípio de funcionamento do circuito Experiencia 1 httpswwwtinkercadcomthingsbIK1F7OKn1Mpowerfulalbarjabaneditel sharecodekJoadRc7ru7ySV5qUoBo9BrZXEiW1EG6nFDJWUJhH4 Experiencia 2 httpswwwtinkercadcomthingsaLoUaM9Yodnstunningbigeryduupeditel sharecodecmzYVBgg0KgHdBaLIY8Iifmgha8G99IqKOSDyXQ8 Experiencia 3 httpswwwtinkercadcomthingscHxiRg4CVTvingeniousbojoeditel sharecodeTcYO4I9E90ONxKrKJuswRhevXfr8ok4ZsadbI1I Atividade Prática Nome completo e RU do aluno PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS EXPERIÊNCIA 1 Ceifador de dois níveis O circuito do ceifator de dois níveis foi reproduzido no ambiente virtual do TinkerCad conforme o diagrama disponibilido no roteiro Como o TinkerCad não possui transformador foi necessario utilizar um gerador de função Este componente possui uma limitação de amplitude máxima de 10 V sendo assim as tensões foi ajustadas de forma proporcional tensão de entrada de 26 V de pico pra 5 V de pico fonte de 5 V para 11 V e fonte de 12 V para 264 V Tabela 1 Sinais de entrada e saída do cefador de dois níveis Parâmetro 𝒗𝒊 𝒗𝒐 Tensão pico a pico V 10 25 Frequência Hz 60 60 O circuito ceifador de dois niveis serve para selecionar uma parte do sinal de entradal usando diodos conectados em sentidos opostos Cada diodo ceifa o respectivo semi ciclo do sinal senoidal de entrada de acordo com as tensões configuradas nas fontes A forma de onda da said será definida de acordo com as tensões de corte definido pelos diodos em combinação com as fontes de tensão criando os limites inferiores e superiores observados no osciloscopio Curva de transferência Tabela 2 Curva de transferência de um retificador de meia onda 𝒗𝒊 V 𝒗𝒐 V 1 1 125 125 15 15 175 175 2 2 225 225 25 25 275 25 3 25 325 25 35 25 Com os dados da tabela é possivel montar o gráfico da curva de transferência 05 1 15 2 25 3 35 4 0 05 1 15 2 25 3 Curva de Transferência Ceifador de Dois Níveis Vi Vo EXPERIÊNCIA 2 Amplificador transistorizado Para o cálculo dos resistores R1 e RC iremos adotar o seguinte modelo para o amplificador O ganho de tensão é dado pela relação da tensão de entrada do sistema pela tensão de saida Av Vsaida Ventrada AvVo Vi Na topologia de amplificador em questão o ganho de tensão é dado por ViIeℜℜ comoℜℜ ViIeℜ 1 β 1Icℜ VoIcRc Av IcRc 1 β 1Icℜ β β1 Rc ℜ Como o ganho desejado é 4 e o beta do transistor é 250 4 250 251 Rc 1000Rc4016Ohm Para adequar o valor da resistência aos padrões comerciais podemos compor Rc de 2 resistores em paralelo 1 de 110 Ohms e outro de 39 kOhm Análise de coletor e emissor VccIcRcVceIeℜ VccIcRcVcc 2 Ieℜ 15IcRc 15 2 1 β 1Ic1k 75Ic40161004Ic Ic149mA Análise da base Ir 1Ir 2Ib VccVb R1 Vb R2 Ib Vcc R1 Vb R2Ib Vb R1 Vcc R1 R1R2 R2R1 VbIb ComoVb0 7Ieℜ Vcc R1 R1R2 R2R1 07IeℜIb Vcc R1 R1R2 R2R1 07 1 β 1Icℜ Ic β 15 R1 R110000 10000R1 07 1 250 114910 31000 14910 3 250 15 R1 R110000 10000R1 2196 59610 6 15R 12196 10000 1R159610 6 14R12255610 6R16207 kOhmonde pode ser usadoresistor comercial de62k Onde Ib Ic 250596μA IeIbIc149596mA Com os valores calculados seguese com a reprodução em protoboard virtual no TinkerCad onde é possivel simular os circuitos sobre diferentes tipos de entradas e validar os calculos dos resistores Na simulação foi aplicado um sinal de 3 V pico a pico O sinal de saida pode ser observado no osciloscopio com tensão de pico a pico de aproximadamente 12 V correspondendo ao ganhou esperado de 4 com defasagem do sinal Aplicando a mesma amplitude com formas de onda diferentes Contudo se variarmos a amplitude do sinal de entrada será possivel observar saturação no sinal de saida Este fato ocorre devido ao ponto de operação do amplificador se a corrente variar sua amplitude e se aproximar das regiões de saturação irá acontecer esse Devido a essa caracteristica de saturação a resposta do sistema não é linear Pontos de operação do transistor 𝑽𝑪𝑬 𝑽𝑩𝑬 𝑰𝑪 𝑰𝑩 74 V 07 V 149 mA 596 μA Relação entre ganho calculado e medido 𝑨𝑽 calculado 𝑨𝑽 medido 4 4 Como os testes foram realizados em ambiente virtual não foi encontrado variações nos ganhos Contudo ao utilizar protoboard componentes PTH de laboratório é possivel a presença de capacitâncias e resistências parasitas possam alterar o ganho em uma escala ignoravel Outra razão seria a resposta em frequência do circuito a depender da frequência aplicada no sinal de entrada pode causar alterações na amplitude da saida EXPERIÊNCIA 3 Amplificador Operacional Para o amplificador da figura 6a foi considerada a equação do amplificador inversor VoR2 R1 Vi Sendo assim escolhendo um valor arbitrário de 1 kOhm para R1 é possivel calcular o valor de R2 para que o circuito tenha um ganho de 4 4 R2 1kOhm R24kOhm Para o sendo amplificador figura 6b agora é considerada a equação do amplificador não inversor Vo1 R2 R1Vi Mas uma vez adotando o valor de R1 igual a 1kOhm é possivel obter o valor de R2 que respeite o requisito de ganho de 3 31 R2 1kOhm R22kOhm Com os valores calculados seguese com a reprodução em protoboard virtual no TinkerCad onde é possivel simular os circuitos sobre diferentes tipos de entradas e validar os calculos dos resistores 600 Hz 100 V 000 V 120 V 528 mA 600 Hz 100 V 000 V 120 V 528 mA opAmp opAmp opAmp opAmp 100 ms 100 ms 40 V 100 ms 100 ms 40 V Como é possivel observar em ambos os casos as saidas dos amplificadores corresponderam ao ganho desejado o sinal de entrada possui amplitude de 1 V e as saidas correspondem aos 4 V invertido observavel na mudança de fase do sinal e 3 V Contudo se variarmos a amplitude do sinal de entrada será possivel observar saturação no sinal de saida Este fato se deve aos amplificadores operacionais que limitam a amplitude de saida de acordo com sua alimentação nesse caso simétrica de 12 V e 12 V Devido a essa caracteristica de saturação a resposta do sistema não é linear Inversor Não inversor 𝑨𝑽 calculado 𝑨𝑽 medido 𝑨𝑽 calculado 𝑨𝑽 medido 4 4 3 3 Como os testes foram realizados em ambiente virtual não foi encontrado variações nos ganhos Contudo ao utilizar protoboard resistores PTH e amplificadores de laboratório é possivel a presença de capacitâncias e resistências parasitas possam alterar o ganho em uma escala ignoravel