Técnico em Eletrotécnica - Eletrônica Analógica Industrial - Prática 4 Roteiros

Eletrônica Analógica e Industrial Disciplina Eletrônica Analógica e Industrial ROTEIRO DE AULA PRÁTICA 1 Unidade 1 Aula 2 Circuito com diodos Software Acesso online Livre Infraestrutura Computador com acesso à Internet Recomendável velocidade de no mínimo 10 Mbs Descrição do software Multisim é um ambiente online de projeto de circuito e simulação SPICE Simulation Program With Integrated Circuit Emphasis para eletrônica analógica digital e de potência Ele utiliza um ambiente esquemático interativo para visualizar e analisar o comportamento dos circuitos eletrônicos inclusive através de gráficos representativos dos sinais elétricos Multisim pode ser acessado no endereço httpswwwmultisimcomcreate Atividade Prática Introdução Diodos são dispositivos semicondutores formados por uma junção PN e que operam como chaves nos circuitos eletrônicos Devido as características construtivas da junção PN haverá uma queda de tensão no componente devido ao seu potencial de barreira Esse potencial dependerá do material do diodo para diodos de silício temos que já para diodos de germânio temos que Quando o diodo está em polarização direta o diodo conduzirá e será representado como uma chave no estado fechadaligada Já quando estiver em polarização reversa o diodo se comporta como circuito aberto ou seja chave abertadesligada Circuitos retificadores com diodos fazem a transformação de um sinal CA na entrada em um sinal CC na saída Um retificador de onda completa produz um sinal puramente CC na saída transformando os semiciclos positivos e negativos do sinal de entrada em sinais CC pulsantes positivos Atividade proposta Desenvolver um circuito de um retificador de onda completa a diodo Objetivos Desenvolver e simular um circuito eletrônico com diodos Aplicar os conceitos estudados na análise de circuitos com diodos Analisar o funcionamento de um circuito retificador de onda completa Procedimentos para a realização da atividade Caro aluno para a realização da prática é necessário que você efetue cadastro gratuito e o login na plataforma do Multisim através do link httpswwwmultisimcom Após o acesso a plataforma desenvolva o circuito retificador de onda completa conforme mostrado na Figura 1 Utilize os parâmetros indicados para cada um dos componentes elétricos presentes no circuito Figura 1 Circuito retificador de onda completa Fonte a autora Observe que a fonte de tensão de entrada é representado por V1 e a saída é representada pela carga R1 Posto isso faça a simulação do circuito de forma a se obter um gráfico de tensão x tempo que represente a tensão na fonte V1 e a tensão na carga R1 Checklist 1 Faça login na plataforma do programa Multisim 2 Desenvolva do circuito eletrônico indicado 3 Simule o circuito 4 Obtenha os gráficos de tensão de entrada e na carga Estudante você deverá entregar Relatório no formato doc ou pdf contendo Imagem do circuito desenvolvido no Multisim conforme ilustrado na Figura 1 Imagem do gráfico gerado representando os sinais de tensão da fonte V1 e na carga R1 Explicação do funcionamento do circuito retificador de onda completa a diodo Indicação dos diodos diretamente polarizados no semiciclo positivo da tensão de entrada e dos diodos diretamente polarizados no semiciclo negativo da tensão de entrada ROTEIRO DE AULA PRÁTICA 2 Unidade 2 Aula 7 Circuitos básicos com amplificador operacional Software Acesso online Livre Infraestrutura Computador com acesso à Internet Recomendável velocidade de no mínimo 10 Mbs Descrição do software Multisim é um ambiente online de projeto de circuito e simulação SPICE Simulation Program With Integrated Circuit Emphasis para eletrônica analógica digital e de potência Ele utiliza um ambiente esquemático interativo para visualizar e analisar o comportamento dos circuitos eletrônicos inclusive através de gráficos representativos dos sinais elétricos Multisim pode ser acessado no endereço httpswwwmultisimcomcreate Atividade Prática Introdução Amplificadores operacionais Amp Op são CIs formado por diversos transistores e que apresentam ganhos elevados cujo valor depende da configuração das resistências conectadas nas entradas e na retroalimentação entre a saída e entrada do componente Uma das configurações amplamente utilizadas é a configuração não inversora Nela o sinal da fonte de alimentação é aplicado na entrada nãoinversora do amp op e também há um resistor R2 fazendo retroalimentação entre a saída e a entrada inversora do componente em paralelo com outro resistor R1 que é aterrado Sua simbologia é mostrada na Figura 1 Figura 1 Configuração não inversora Amp Op Fonte Wikimedia Commons Disponível em httpsenwikibooksorgwikiFileOpAmpNon InvertingAmplifiersvg Acesso em 20 mar 2023 Para calcular o ganho nessa configuração utilizase a fórmula Atividade proposta Circuito eletrônico com o amplificador operacional LM741 Objetivos Desenvolver e simular um circuito eletrônico com um amplificador operacional Aplicar os conceitos estudados na análise de amplificadores operacionais Analisar o funcionamento de um circuito com amplificador operacional na configuração não inversora Procedimentos para a realização da atividade Caro aluno para a realização da prática é necessário que você efetue cadastro gratuito e o login na plataforma do Multisim através do link httpswwwmultisimcom Após o acesso a plataforma desenvolva o circuito do amplificador operacional na configuração não inversora utilizando o CI LM741 conforme mostrado na Figura 2 Utilize os parâmetros indicados para cada um dos componentes elétricos presentes no circuito Figura 2 Circuito com amplificador operacional LM741 Fonte a autora Observe que a fonte de tensão na entrada não inversora do amp op é representada por V1 e que o terminal de saída no amplificador operacional é indicado por OUT Posto isso faça a simulação do circuito de forma a se obter um gráfico de tensão x tempo que represente a tensão na fonte V1 e a tensão de saída no terminal OUT do amp op Checklist 1 Faça login na plataforma do programa Multisim 2 Desenvolva o circuito eletrônico indicado 3 Simule o circuito 4 Obtenha os gráficos de tensão de entrada e saída no CI Estudante você deverá entregar Relatório no formato doc ou pdf contendo Imagem do circuito desenvolvido no Multisim conforme ilustrado na Figura 2 Imagem do gráfico gerado representando os sinais de tensão da fonte V1 e no terminal de saída OUT do amp op Cálculo do ganho do amplificador operacional da simulação ROTEIRO DE AULA PRÁTICA 3 Unidade 3 Aula 10 Tiristores Software Acesso online Livre Infraestrutura Computador com acesso à Internet Recomendável velocidade de no mínimo 10 Mbs Descrição do software Multisim é um ambiente online de projeto de circuito e simulação SPICE Simulation Program With Integrated Circuit Emphasis para eletrônica analógica digital e de potência Ele utiliza um ambiente esquemático interativo para visualizar e analisar o comportamento dos circuitos eletrônicos inclusive através de gráficos representativos dos sinais elétricos Multisim pode ser acessado no endereço httpswwwmultisimcomcreate Atividade Prática Introdução Tiristor é um dispositivo semicondutor de quatro camadas pnpn três junções pn np e pn e três terminais anodo catodo e gatilho gate Ele opera como uma chave biestável indo do modo de bloqueio para o modo de condução De forma geral temos que em polarização direta e sem disparo no gate ele se comporta como circuito aberto e não entrará em condução Já na presença de corrente de gatilho e tensão anodo catodo positiva ele entrará em condução Após entrar em condução o sinal do gatilho não é mais necessário para manter a corrente no anodo Quando em tensão reversa ele suporta qualquer amplitude de sinal sem entrar em condução A figura 1 mostra o símbolo do componente Figura 1 Símbolo tiristor Fonte Wikimedia Commons Disponível em httpscommonswikimediaorgwikiFileThyristorfrpng Acesso em 20 mar 2023 Atividade proposta Circuito com um tiristor SCR análise da influência do pulso no terminal gate do componente Objetivos Desenvolver e simular um circuito eletrônico com um tiristor Aplicar os conceitos estudados na análise de circuitos com tiristores Analisar o funcionamento de um circuito com tiristor SCR variandose a frequência do pulso no terminal gate do componente Procedimentos para a realização da atividade Caro aluno para a realização da prática é necessário que você efetue cadastro gratuito e o login na plataforma do Multisim através do link httpswwwmultisimcom Após o acesso a plataforma desenvolva um circuito com tiristor SCR modelo MCR08BT1G conforme mostrado na Figura 2 Utilize os parâmetros indicados para cada um dos componentes elétricos presentes no circuito Figura 2 Circuito eletrônico com carga RL controlada a tiristor SCR Fonte a autora Observe que o tiristor D1 se encontra entre a fonte de tensão na entrada V1 e a carga R1L1 portanto controla o seu acionamento Observe ainda que o terminal gate do tiristor D1 está conectado a fonte de tensão V2 que se trata de um pulso retangular cujo valor de pico é 5V e a frequência é de 60 Hz Posto isso faça a simulação do circuito de forma a se obter um gráfico de tensão x tempo que represente a tensão na fonte V1 tensão na fonte V2 e a tensão na carga R1L1 Altere o valor da frequência do pulso retangular para 30 Hz Refaça a simulação e obtenha o gráfico de tensão x tempo que represente a tensão na fonte V1 tensão na fonte V2 e a tensão na carga R1L1 Checklist 1 Faça login na plataforma do programa Multisim 2 Desenvolva o circuito eletrônico indicado 3 Simule o circuito 4 Obtenha os gráficos de tensão de entrada do terminal gate do tiristor e da carga para frequência de 60 Hz no terminal gate do tiristor 5 Obtenha os gráficos de tensão de entrada o terminal gate do tiristor e da carga para frequência de 30 Hz no terminal gate do tiristor Estudante você deverá entregar Relatório no formato doc ou pdf contendo Imagem do circuito desenvolvido no Multisim conforme ilustrado na Figura 2 Imagem do gráfico gerado representando os sinais de tensão da fonte V1 do terminal gate do tiristor e da carga R1L1 para frequência de 60 Hz no terminal gate do tiristor Imagem do gráfico gerado representando os sinais de tensão da fonte V1 do terminal gate do tiristor e da carga R1L1 para frequência de 30 Hz no terminal gate do tiristor Explicação das alterações observadas na tensão de saída carga R1L1 gerada nos gráficos supracitados ROTEIRO DE AULA PRÁTICA 4 Unidade 4 Aula 13 Conversores CCCC não isolados Software Acesso online Livre Infraestrutura Computador com acesso à Internet Recomendável velocidade de no mínimo 10 Mbs Descrição do software Multisim é um ambiente online de projeto de circuito e simulação SPICE Simulation Program With Integrated Circuit Emphasis para eletrônica analógica digital e de potência Ele utiliza um ambiente esquemático interativo para visualizar e analisar o comportamento dos circuitos eletrônicos inclusive através de gráficos representativos dos sinais elétricos Multisim pode ser acessado no endereço httpswwwmultisimcomcreate Atividade Prática Introdução Conversores CCCC são circuitos que convertem uma tensão CC para diferentes níveis de tensão CC fornecendo uma saída regulada Eles podem ser elevadores ou abaixadores de tensão E podem fazer o processo de conversão de forma linear ou chaveada A chaveada utilizase de um circuito comutador através da abertura ou fechamento de uma chave na maioria das vezes composta por semicondutores A técnica de chaveamento usada em conversores CC é chamada de PWM pulsewidth modulation na qual se controla o comprimento da largura do pulso na chave de acordo com o nível de tensão desejado para a saída do circuito Os conversores Buck são denominados como abaixadores pois são aplicados em reduções de tensão de saída em relação à tensão de entrada possuindo a mesma polaridade da tensão de entrada Atividade proposta Circuito conversor CCCC do tipo Bulk análise da influência do comprimento de onda do sinal aplicado na chave Objetivos Desenvolver e simular um circuito eletrônico do tipo conversor CCCC Aplicar os conceitos estudados na análise de circuitos conversores Analisar o funcionamento de um circuito conversor CCCC do tipo Bulk variando o ciclo de trabalho do sinal aplicado na chave controlada por tensão Procedimentos para a realização da atividade Caro aluno para a realização da prática é necessário que você efetue cadastro gratuito e o login na plataforma do Multisim através do link httpswwwmultisimcom Após o acesso a plataforma desenvolva o circuito do conversor CCCC do tipo Bulk com chave controlada por tensão conforme mostrado na Figura 1 Utilize os parâmetros indicados para cada um dos componentes elétricos presentes no circuito Figura 1 Circuito conversor CCCC do tipo Bulk Fonte a autora Observe no circuito que a fonte de tensão V1 é responsável por alimentar a carga R1 que tem sua ativação controlada pela chave S1 A chave S1 é controlada pela fonte V2 que se trata de um pulso retangular cujo valor de pico é 5V a frequência é de 10 kHz e o ciclo de trabalho utilizado é de 30 Posto isso faça a simulação do circuito de forma a se obter um gráfico de tensão x tempo que represente a tensão V1 a tensão fornecida pela chave S1 nó 2 e a tensão na carga R1 Altere o valor do ciclo de trabalho do pulso retangular para 70 Refaça a simulação e obtenha o gráfico de tensão x tempo que represente a tensão V1 a tensão fornecida pela chave S1 nó 2 e a tensão na carga R1 Checklist 1 Faça login na plataforma do programa Multisim 2 Desenvolva o circuito eletrônico indicado 3 Simule o circuito 4 Obtenha os gráficos de tensão de entrada tensão fornecida pela chave S1 nó 2 e tensão da carga R1 para o ciclo de trabalho de 30 no pulso dado na chave S1 5 Obtenha os gráficos de tensão de entrada tensão fornecida pela chave S1 nó 2 e tensão da carga R1 para o ciclo de trabalho de 70 no pulso dado na chave S1 Estudante você deverá entregar Relatório no formato doc ou pdf contendo Imagem do circuito desenvolvido no Multisim conforme ilustrado na Figura 1 Imagem do gráfico gerado representando os sinais de tensão da fonte V1 tensão fornecida pela chave S1 nó 2 e tensão da carga R1 para o ciclo de trabalho de 30 no pulso dado na chave S1 Imagem do gráfico gerado representando os sinais de tensão da fonte V1 tensão fornecida pela chave S1 nó 2 e tensão da carga R1 para o ciclo de trabalho de 70 no pulso dado na chave S1 Explicação das alterações observadas na tensão de saída carga R1 gerada nos gráficos supracitados Circuito 1 o retificador de onda completa tem a finalidade de transformar a tensão alternada senoidal em uma função pulsante É eliminado o semiciclo negativo da função senoidal Observase que a frequência de saída do circuito em relação a frequência da entrada é duplicada em duas vezes Ou seja a frequência no resistor é duas vezes maior que a frequência de entrada No semiciclo positivos os diodos D1 e D4 conduzem enquanto os diodos D2 e D3 não conduzem No semiciclo negativo os diodos D2 e D3 conduzem enquanto os diodos D1 e D4 não conduzem corrente Circuito 2 o ganho teórico A 1R2R1 19k1k logo o ganho do circuito será A10 O ganho calculado na prática é AVoVi e observase através do gráfico que a tensão Vi 1V e a tensão Vo 10V logo o ganho medido será A 10 Circuito 3 O tiristor é um dispositivo semicondutor que atua como uma chave eletrônica controlável Quando usado como dímer ele regula a potência entregue a um dispositivo elétrico através de pulsos de ligamento e desligamento durante cada ciclo da corrente alternada Se a frequência da corrente elétrica é alterada de 60Hz para 30Hz isso pode afetar a eficácia do controle de potência potencialmente causando transições mais lentas entre ligado e desligado e afetando o desempenho do dispositivo elétrico controlado Ao mudar a frequência de controle do tiristor em um circuito RL ocorrem várias mudanças A impedância da bobina varia inversamente com a frequência afetando a corrente no circuito Frequências mais baixas aumentam a impedância e reduzem a corrente enquanto frequências mais altas têm o efeito oposto O tempo de resposta da bobina também é afetado sendo mais lento em frequências mais baixas Além disso a resposta do dímer tiristor na modulação da potência é ajustada de acordo com a mudança na frequência alterando a energia entregue à carga A Figura apresenta o tiristor com a sua frequência no gate de 60Hz A Figura apresenta o tiristor com a frequência no gate de 30Hz Circuito 4 a Figura apresenta o gráfico do circuito para a frequência de 100kHz e escala de tempo de 200us A Figura apresenta o gráfico do circuito para a frequência de 100kHz com a escala de tempo de 5ms A figura apresenta o gráfico do circuito para o ciclo de trabalho em 30 e escala de tempo de 10ms A figura apresenta o gráfico do circuito para o ciclo de trabalho em 30 e escala de tempo de 2ms A figura apresenta o gráfico do circuito para o ciclo de trabalho em 70 e escala de tempo de 2ms O conversor buck é um tipo de conversor CCCC que reduz a tensão de entrada para uma tensão de saída menor Ele opera através do controle do ciclo de trabalho que é a fração do tempo em que o interruptor está ligado durante um ciclo de operação Ao mudar o ciclo de trabalho de 30 para 70 em um conversor buck várias mudanças ocorrem 1 Tensão de saída O ciclo de trabalho afeta diretamente a tensão de saída do conversor buck Aumentar o ciclo de trabalho resulta em uma tensão de saída mais alta enquanto reduzilo diminui a tensão de saída 2 Corrente de saída A mudança no ciclo de trabalho também afeta a corrente de saída do conversor Um ciclo de trabalho maior resulta em uma corrente de saída maior e um ciclo de trabalho menor resulta em uma corrente de saída menor 3 Eficiência A eficiência do conversor também é influenciada pela mudança no ciclo de trabalho Em geral um ciclo de trabalho maior pode resultar em uma eficiência maior pois menos energia é perdida nos componentes do conversor 4 Estresse nos componentes Mudanças no ciclo de trabalho podem afetar o estresse nos componentes do conversor como o indutor e o capacitor de saída Um ciclo de trabalho mais alto pode aumentar o estresse nos componentes exigindo que eles suportem correntes mais altas e dissipam mais energia Em resumo ao mudar o ciclo de trabalho de 30 para 70 em um conversor buck você pode esperar uma mudança correspondente na tensão de saída corrente de saída eficiência e estresse nos componentes do conversor