apostila 2016 - Faculdade de Engenharia de Bauru

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apostila 2016 - Faculdade de Engenharia de Bauru
UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA JÚLIO DE MESQUITA FILHO
Campus Universitário de Bauru
FACULDADE DE ENGENHARIA
www.feb.unesp.br
Prof. Dr. Alceu Ferreira Alves
2016
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
unesp
LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA II
PROGRAMAÇÃO DE AULAS – 1º SEMESTRE 2016
Horários das Aulas
Turma 2318EE11
Turma 2318EE12
Turma 2318EE13
Turma 2318EE14
Terças-feiras
Terças-feiras
Terças-feiras
Segundas-feiras
14h às 16h
14h às 16h
16h às 18h
14h às 16h
Lab. 33
Lab. 33
Lab. 33
Lab. 33
Prof. Andreoli
Prof. Alceu
Prof. Alceu
Prof. Alfredo
sem
Turmas
11,12,13
Turma
14
01
15/03
14/03
Apresentação do Programa, Critérios de Avaliação, Informações
Gerais (esta aula não será computada para efeito de avaliação)
02
22/03
21/03
Laboratório 01 – Amplificador Classe A
03
29/03
28/03
Laboratório 02 – Amplificador Classe B – Parte I
04
05/04
04/04
Laboratório 03 – Amplificador Classe B – Parte II
05
12/04
11/04
Semana da Engenharia – não haverá aulas de Laboratório
05
19/04
18/04
Laboratório 04 – Amplificador Classe C
06
26/04
25/04
Laboratório 05 – Efeitos de Frequência
07
03/05
02/05
Laboratório 06 – Resposta em Frequência de Amplificadores
08
10/05
09/05
1ª Prova (PL1) – frequência e matéria referentes às aulas
ministradas nas semanas de 02 a 07 (Labs. 01 a 06)
09
17/05
16/05
Laboratório 07 – Amplificador Diferencial
10
24/05
23/05
Laboratório 08 – Circ. Inversor e Circ. Não-Inversor de Tensão
com Amp-Op
11
31/05
30/05
Laboratório 09 – Circuito Somador de Tensão
12
07/06
06/06
Laboratório 10 – Filtros Ativos
13
14/06
13/06
Laboratório 11 – Circuitos Não Lineares usando Amp-Op
14
21/06
20/06
Laboratório 12 – Circuitos Comparadores
15
28/06
27/06
2ª Prova (PL2) – frequência e matéria referentes às aulas
ministradas nas semanas de 09 a 14 (Labs. 07 a 12)
16
05/07
04/07
Prática Substitutiva (*)
17
12/07
11/07
3ª Prova de Laboratório (PL3) – toda a matéria
(*)
-
-
19/07
19/07
Atividades Programadas
Aula de Recuperação – Lab. 33 – data e horário a combinar
Prova de Recuperação – Lab. 33 – horário a combinar
(*) Aos alunos que perderam alguma prática sem justificativa.
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unesp
Critério de Avaliação:
1) Não há relatórios semanais;
2) Haverá 02 (duas) provas (PL1 e PL2), práticas, individuais, obrigatórias, constando também de
questões teóricas, nas datas especificadas na programação.
3) As notas das provas PL1 e PL2 serão ponderadas pela frequência do aluno nas aulas de laboratório
que estão sendo avaliadas, dando origem às notas P1 e P2:
P1 = a * PL1 e P2 = b * PL2 , sendo a e b os pesos respectivos das notas de provas PL1 e PL2,
calculados pela expressão:
nº de presenças
nº de aulas dadas
Caso MP = (P1 + P2) / 2 seja >= 5,0, esta passa a ser a Média Final (MF) e o aluno está aprovado por
nota;
Caso MP < 5,0
a prova P3 é obrigatória, englobando toda a matéria lecionada no semestre, e a média
final (MF) é recalculada como segue:
MF = (P1 + P2 + 2*P3) / 4
Neste caso, a média final deverá ser igual ou superior a 5,0 para aprovação.
4) Controle de Frequência: haverá chamada todas as aulas. Para aprovação: frequência >= 70%
Aos alunos reprovados, haverá uma aula de recuperação e uma prova de recuperação, cuja nota mínima
para aprovação é 5,0 (cinco inteiros).
INSTRUÇÕES GERAIS
• Aulas práticas com 01 ou 02 alunos por bancada; os alunos podem e devem discutir os procedimentos
e resultados com os colegas e o professor, mas é preciso entender os objetivos da experiência e tirar
suas conclusões individualmente;
• Horário de início das aulas será rigorosamente cumprido;
• É imprescindível o uso da apostila (edição 2016, sem resultados anotados) para realização dos
experimentos, sem a qual o aluno poderá ser impedido de fazer a prática;
• O atraso máximo permitido aos alunos será 5 minutos; após esta tolerância, o aluno poderá entrar na
sala e fazer a prática, mas ficará com registro de falta na aula, podendo substituir até uma aula sem
justificativa;
• Ao terminar de fazer a prática e colher seus dados experimentais, o aluno poderá ir embora, após
organizar todo o material utilizado;
• O descumprimento das Normas de Utilização será julgado pelo professor, que poderá, a seu critério,
aplicar um redutor no coeficiente de presença na aula de 0 a 100% (marcar falta), o que alterará a
ponderação do cálculo da média de laboratório.
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unesp
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NORMAS DE UTILIZAÇÃO DO LABORATÓRIO DIDÁTICO PELOS ALUNOS DE ELETRÔNICA II
1) Cada aluno deverá informar ao professor da disciplina qual será a sua bancada de trabalho durante
todo o semestre e ficará responsável pela conservação da mesma (mesa, equipamentos, bancos,
etc.);
2) Ao iniciar a aula, o aluno deverá informar ao professor qualquer problema verificado com sua
bancada;
3) Ao terminar a aula, o aluno deverá deixar sua bancada em perfeita ordem, observando:
a) Os bancos deverão ser colocados sob as mesas;
b) As mesas deverão estar limpas, sem resíduos de borrachas, restos de papel, copos
descartáveis, etc.;
c) Os equipamentos deverão estar desligados e em ordem para o aluno que for utilizar a
bancada em seguida;
4) As placas, cabos, fios, alicates e componentes eletrônicos deverão ser colocados onde foram
encontrados, e os fios usados em protoboard devem ser devolvidos em ordem;
5) Defeitos constatados em componentes, cabos ou equipamentos deverão ser comunicados ao
professor para que sejam tomadas providências no sentido de se efetuar a manutenção adequada;
6) A tensões utilizadas durante as aulas são geralmente baixas, mas lembre-se que tensões acima de
50V podem matar; portanto, preste bastante atenção no circuito que está montando e só ligue após
ter absoluta certeza do que está fazendo.
PENSE PRIMEIRO, FAÇA DEPOIS !
7) Não é permitido aos alunos fumar, comer ou beber dentro do Laboratório Didático.
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unesp
AMPLIFICADOR CLASSE A
1.0 OBJETIVOS
Após completar estas atividades de laboratório, você deverá ser capaz de:
1. Medir as tensões de polarização em um amplificador emissor-comum e comparar os valores práticos
medidos com os valores teóricos esperados.
2. Observar o funcionamento do amplificador e medir a máxima tensão de saída pico-a-pico não ceifada
para o ponto quiescente no meio da reta de carga CC.
3. Recalcular a polarização de modo que a compliance de saída seja máxima.
4. Observar novamente o funcionamento do amplificador e verificar o aumento da compliance quando o
ponto quiescente desloca-se para o meio da reta de carga CA.
2.0 DISCUSSÃO
Os amplificadores de tensão a transistor podem ser analisados sob dois diferentes enfoques: a análise CC
e a análise CA; para cada um destes enfoques, é possível traçar-se uma reta de carga, que representa o
funcionamento do transistor para aquele circuito específico. Nas análises realizadas até o momento,
utilizava-se apenas a reta de carga CC, pois os amplificadores analisados sempre funcionavam com
pequenos sinais, excursionando sobre uma pequena região desta reta. Após vários estágios de ganho de
tensão, a oscilação do sinal utiliza toda a reta de carga e a análise sob o enfoque CC já não mais
representa o comportamento real do amplificador, pois deixa de considerar as impedâncias de fonte e
carga. Nesta situação, faz-se necessária a análise CA, considerando-se a fonte e a carga, para
representar exatamente o comportamento do amplificador.
Com a reta de carga CA, torna-se possível calcular a máxima tensão de saída pico-a-pico não-ceifada do
amplificador (compliance). E, considerando-se estes parâmetros CA, é possível redefinir a melhor
localização do ponto quiescente, recalculando a polarização do transistor de modo a obter-se a máxima
compliance.
3.0 PROCEDIMENTO
OBS.: Recomenda-se aos senhores alunos que realizem os cálculos necessários para esta experiência
antecipamente e tragam os resultados já computados, para facilitar a implementação dos circuitos e
aproveitar melhor o tempo de aula.
POLARIZAÇÃO NO MEIO DA RETA DE CARGA CC
1. Considere o amplificador EC cujo esquema encontra-se na figura 1 e calcule as tensões e correntes CC
de polarização constantes na tabela da figura 2. Anote os resultados obtidos.
2. Insira a placa EB-98 no sistema. Não é necessário inicializar o sistema e nem ligar a fonte principal da
MB-U.
3. Monte o circuito do amplificador esquematizado na figura 1 observando os seguintes cuidados:
a) Seja organizado na sua montagem, para facilitar eventuais correções no circuito montado;
b) Evite entortar os terminais dos componentes, pois estes são frágeis podem se quebrar;
c) Ligue a alimentação do circuito somente quando tiver terminado a montagem e conferido todas
as ligações.
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+12V
2K2
+ 270Ω
4K7
4,7µF
+
+
TIP31
4,7µF
1KΩ
+
270 Ω - vermelho, violeta, marrom
220 Ω - vermelho, vermelho, marrom
470 Ω - amarelo, violeta, marrom
1 kΩ - marrom, preto, vermelho
1,2 kΩ - marrom, vermelho, vermelho
2,2 kΩ - vermelho, vermelho, vermelho
4,7 kΩ - amarelo, violeta, vermelho
4,7µF
470Ω
1K2
Fig. 1 – Amplificador Emissor Comum (EC)
VB [V]
Grandeza
VE [V]
IE [mA]
VC [V]
VCE [V]
VCC [V]
Valor Calculado
Valor Medido
–
Fig. 2 – Valores Calculados e Valores Medidos de Polarização
4. Ligue a alimentação do circuito, e utilizando-se do aparelho de medição adequado, meça e anote os
resultados práticos na tabela da figura 2.
Compare os resultados medidos com os valores calculados e tente justificar eventuais diferenças.
5. Calcule os valores necessários para traçar a reta de carga CC e localizar o ponto quiescente para este
circuito e anote-os na tabela da figura 3. Trace, na figura 4, a reta de carga CC e localize o ponto
quiescente (utilize Vce medido).
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Grandeza
VCE(corte) [V]
IC(sat) [mA]
Reta de Carga CC
Fig. 3 – Pontos da Reta de Carga CC
IC (mA)
VCE (V)
Fig. 4 – Reta de Carga CC e Reta de Carga CA
6. A partir da reta de carga CC, estime o valor da máxima tensão de saída pico-a-pico sem distorção por
ceifamento que o amplificador deveria produzir. Em seguida, aplique na entrada um sinal senoidal de 1kHz
usando o cabo BNC-jacaré e observe a saída. Aumente a amplitude de entrada até obter
experimentalmente a compliance.
Compliance estimada: __________________________
Compliance medida: ___________________________
Compare os dois resultados e justifique a diferença observada.
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7. Calcule os valores necessários para traçar a reta de carga CA e anote-os na tabela da figura 5. Em
seguida, trace na figura 4, a reta de carga CA. A partir das curvas traçadas, tente justificar o ocorrido com
a compliance medida.
VCE(corte) [V]
Grandeza
IC(sat) [mA]
Reta de Carga CA
Fig. 5 – Pontos da Reta de Carga CA
8. Calcule os novos valores de polarização, com os componentes escolhidos para colocar o ponto de
operação próximo ao meio da reta CA. (R1=RC=1kΩ; R2=RE=220Ω). Preencha a tabela da figura 6 com
os novos valores calculados.
VB [V]
Grandeza
VE [V]
IE [mA]
VC [V]
VCE [V]
VCC [V]
Valor Calculado
Valor Medido
–
Fig. 6 – Novos Valores Calculados e Medidos de Polarização
9. Utilize a figura 7 para traçar novamente a reta de carga CC e localizar o novo ponto quiescente.
10. Desligue o gerador de sinais e a alimentação CC, altere o circuito, religue a alimentação e meça os
novos valores CC do circuito alterado. Anote estes novos valores na tabela da figura 6.
IC (mA)
VCE (V)
Fig. 7 – Reta de Carga CC e Reta de Carga CA (circuito alterado)
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unesp
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11. Calcule o corte e a saturação CA nesta nova situação e anote na tabela da figura 8.
12. Trace na figura 7 a reta de carga CA.
Grandeza
VCE(corte) [V]
IC(sat) [mA]
Reta de Carga CA
Fig. 8 – Pontos da Reta de Carga CA
13. Aplique na entrada um sinal senoidal de 1kHz usando o cabo BNC-jacaré e observe a saída. Aumente
a amplitude de entrada até obter experimentalmente a compliance.
Compliance medida: ___________________________
Observe as retas traçadas na figura 7 e conclua se o resultado experimental obtido é coerente.
Houve melhora no valor da compliance? Justifique.
ATENÇÃO: APÓS A EXPERIÊNCIA, ORGANIZE SUA BANCADA CONFORME AS “NORMAS DE
UTILIZAÇÃO DO LABORATÓRIO DIDÁTICO PELOS ALUNOS DE ELETRÔNICA II”
(página iii desta apostila). BANCADA EM DESACORDO COM AS NORMAS ACARRETARÁ EM
DIMINUIÇÃO DA NOTA DE LABORATÓRIO, CONFORME PREVISTO.
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AMPLIFICADOR CLASSE B – PARTE I
1.0 OBJETIVOS
Após completar estas atividades de laboratório, você deverá ser capaz de:
1. Medir as tensões de polarização em um amplificador Push-Pull e comparar os valores práticos medidos
com os valores teóricos esperados.
2. Observar o funcionamento do amplificador e medir a máxima tensão de saída pico-a-pico não ceifada.
3. Verificar a distorção por cross-over em um amplificador com polarização mal-projetada.
2.0 DISCUSSÃO
Operação classe B de um transistor significa que a corrente do coletor flui durante somente 180º do ciclo
CA. Isto implica que o ponto Q se situe aproximadamente no corte para as duas retas de carga, CA e CC.
A vantagem da operação classe B é a menor dissipação de potência no transistor, que resulta em maior
eficiência e menor corrente drenada da fonte.
Quando um transistor opera em classe B, ele corta um semiciclo. Para evitar a distorção resultante é
necessário o uso de dois transistores num arranjo push-pull; isto quer dizer que um transistor conduz
durante um semiciclo e o outro transistor conduz durante o outro semiciclo, sendo que ambos estão
configurados como seguidores de emissor, com ganho de tensão igual a um e forte linearização. Deste
modo, obtém-se amplificadores classe B com baixa distorção e alta eficiência.
Arranjos push-pull são normalmente utilizados nos estágios de saída dos amplificadores de potência, por
oferecerem baixa impedância de saída e alta impedância de entrada.
3.0 PROCEDIMENTO
OBS.: Recomenda-se aos senhores alunos que realizem os cálculos necessários para esta experiência
antecipamente e tragam os resultados já computados, para facilitar a implementação dos circuitos e
aproveitar melhor o tempo de aula.
POLARIZAÇÃO DO AMPLIFICADOR PUSH-PULL
1. Considere o amplificador Push-Pull cujo esquema encontra-se na figura 1 e calcule as tensões e
correntes CC de polarização constantes na tabela da figura 2. Anote os resultados obtidos.
2. Insira a placa EB-98 no sistema (ou coloque o protoboard sobre a bandeja). Não é necessário inicializar
o sistema e nem ligar a fonte principal da MB-U.
3. Monte o circuito do amplificador esquematizado na figura 1 observando os seguintes cuidados:
a) Seja organizado na sua montagem, para facilitar eventuais correções no circuito montado;
b) Evite entortar os terminais dos componentes, pois estes são frágeis podem se quebrar;
c) Ligue a alimentação do circuito somente quando tiver terminado a montagem e conferido todas
as ligações.
4. Ligue a alimentação do circuito, e utilizando-se do aparelho de medição adequado, meça e anote os
resultados práticos na tabela da figura 2.
Compare os resultados medidos com os valores calculados e justifique eventuais diferenças.
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unesp
PS-1 = 9V
3,9KΩ
4,7µ
TI
TI P 31
P
32
+
Q1
TIP31
680Ω
BASE
4,7µ
COLETOR
+
Vx
EMISSOR
680Ω
+
Q2
TIP32
4,7µ
1KΩ
680 Ω - azul, cinza, marrom
1 kΩ - marrom, preto, vermelho
3,9 kΩ - laranja, branco, vermelho
3,9KΩ
Fig. 1 – Amplificador Push-Pull
VCC [V]
Grandeza
VE [V]
VB1 [V]
VB2 [V]
Vx [V]
Valor Calculado
Valor Medido
Fig. 2 – Valores Calculados e Valores Medidos de Polarização
5. A partir dos resultados práticos (valores medidos), calcule as tensões pedidas na tabela da figura 3.
VCE1 [V]
VCE2 [V]
VBE1 [V]
VBE2 [V]
Fig. 3 – Cálculo das tensões de polarização
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AMPLIFICAÇÃO DE SINAL CA
6. Utilizando o gerador de sinais, aplique na entrada do circuito um sinal senoidal de 1kHz com amplitude
de 1V. Observe simultaneamente os sinais de entrada e saída e anote-os na figura 4.
CANAL 1
AC
DC
Escala vertical: _______ V/div
CANAL 2
AC
DC
Escala vertical: _______ V/div
Escala horizontal: ______ s/div
Fig. 4 – Tensões de entrada e saída no amplificador classe B – Push-Pull
Há alguma distorção perceptível no sinal de saída? Quanto é o ganho de tensão nesta situação?
Ganho (Av) = _______________
COMPLIANCE
7. Aumente a amplitude do sinal de entrada enquanto observa simultaneamente os sinais de entrada e
saída. Verifique e anote a o valor da compliance para esta situação.
PP = _______________
O resultado encontrado é o esperado?
DISTORÇÃO POR CROSS-OVER
8. Desligue a alimentação do circuito e o gerador de sinais.
9. Altere o circuito, curto-circuitando os dois resistores de 680Ω.
10. Religue a alimentação (PS-1 = 9V). Com o voltímetro meça os novos valores de polarização e
complete a tabela da figura 5.
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unesp
VCC [V]
Grandeza
VE [V]
VB1 [V]
VB2 [V]
Valor Medido
Fig. 5 – Novos valores medidos de polarização
11. Aplique novamente um sinal senoidal de 1kHz, ajustando a amplitude de entrada para 2V.
12. Observe simultaneamente os sinais de entrada e saída e anote-os na figura 6.
CANAL 1
AC
DC
Escala vertical: _______ V/div
CANAL 2
AC
DC
Escala vertical: _______ V/div
Escala horizontal: ______ s/div
Fig. 6 – Entrada e Saída no Amplif. Push-Pull – Distorção por Cross-over
Foi observada distorção por cross-over? Explique porque a alteração implementada causou este
tipo de distorção.
ATENÇÃO: APÓS A EXPERIÊNCIA, ORGANIZE SUA BANCADA CONFORME AS “NORMAS DE
UTILIZAÇÃO DO LABORATÓRIO DIDÁTICO PELOS ALUNOS DE ELETRÔNICA II”
(página iii desta apostila). BANCADA EM DESACORDO COM AS NORMAS ACARRETARÁ EM
DIMINUIÇÃO DA NOTA DE LABORATÓRIO, CONFORME PREVISTO.
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AMPLIFICADOR CLASSE B – PARTE II
1.0 OBJETIVOS
Após completar estas atividades de laboratório, você deverá ser capaz de:
1. Observar a corrente de coletor no amplificador Push-Pull.
2. Verificar a polarização de base com compensação de temperatura utilizando diodos.
3. Observar o funcionamento do espelho de corrente.
2.0 DISCUSSÃO
Em um amplificador classe B é necessário ajustar o ponto quiescente ligeiramente acima do corte para
evitar-se a distorção por cross-over, ajustando-se a polarização para um valor de VBE entre 0,6V e 0,7V. O
grande problema reside no fato da corrente de coletor ser muito sensível às variações de VBE, a qual, por
sua vez, é fortemente dependente das variações de temperatura. Quando a temperatura aumenta, a
corrente no coletor aumenta. Como a corrente no coletor aumenta, a temperatura na junção aumenta
ainda mais, além de reduzir o valor exato de VBE. Esta situação de realimentação positiva significa que a
corrente no coletor pode “disparar” , causando o efeito de deriva térmica até que uma potência excessiva
danifique o transistor.
Uma forma de evitar a deriva térmica é usar diodos de compensação para produzir a tensão de
polarização para os diodos do emissor. Se as curvas de junção dos diodos de compensação e dos diodos
de emissor casarem, aumentos de temperatura causarão diminuição nas tensões de junção e o disparo
térmico deixa de ocorrer.
3.0 PROCEDIMENTO
OBS.: Recomenda-se aos senhores alunos que realizem os cálculos necessários para esta experiência
antecipamente e tragam os resultados já computados, para facilitar a implementação dos circuitos e
aproveitar melhor o tempo de aula.
POLARIZAÇÃO DO AMPLIFICADOR PUSH-PULL
1. Considere o amplificador Push-Pull cujo esquema encontra-se na figura 1 e calcule as tensões e
correntes CC de polarização constantes na tabela da figura 2. Anote os resultados obtidos.
2. Insira a placa EB-98 no sistema (ou coloque o protoboard sobre a bandeja). Não é necessário inicializar
o sistema e nem ligar a fonte principal da MB-U.
3. Monte o circuito do amplificador esquematizado na figura 1 observando os seguintes cuidados:
a) Seja organizado na sua montagem, para facilitar eventuais correções no circuito montado;
b) Evite entortar os terminais dos componentes, pois estes são frágeis podem se quebrar;
c) Ligue a alimentação do circuito somente quando tiver terminado a montagem e conferido todas
as ligações.
4. Ligue a alimentação do circuito, meça e anote os resultados práticos na tabela da figura 2.
OBS.: Calcular ICQ a partir de VC1 e/ou VC2. Calcular IR a partir de VB1 e/ou VB2
Compare os resultados medidos com os valores calculados e justifique eventuais diferenças.
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unesp
PS-1 = 7V
RC1
10Ω
3,9KΩ
4,7µ
+
Q1
TIP31
680Ω
4,7µ
+
Vx
680Ω
+
1KΩ
Q2
TIP32
4,7µ
10 Ω - marrom, preto, preto
680 Ω - azul, cinza, marrom
1 kΩ - marrom, preto, vermelho
3,9 kΩ - laranja, branco, vermelho
RC2
3,9KΩ
10Ω
Fig. 1 – Amplificador Push-Pull
VCC
Grandeza
Valor Calculado [Volt]
VE
VB1
VB2
Vx
ICQ
VC1
VC2
IR=3,9kΩ
–
Valor Medido [Volt]
–
Fig. 2 – Valores Calculados e Valores Medidos de Polarização
5. A partir dos resultados práticos (valores medidos), calcule as tensões pedidas na tabela da figura 3.
VCE1 [V]
VCE2 [V]
VBE1 [V]
VBE2 [V]
Fig. 3 – Cálculo das tensões de polarização
Nesta situação, os espelhos de corrente estão funcionando corretamente? Justifique sua resposta.
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unesp
OBSERVAÇÃO DA CORRENTE CA NO COLETOR
6. Utilizando o gerador de sinais, aplique na entrada do circuito um sinal senoidal de 1kHz com amplitude
de 3V. Observe simultaneamente o sinal de tensão de saída e a tensão sobre o resistor RC2 e anote-os na
figura 4.
CANAL 1
AC
DC
Escala vertical: _______ V/div
CANAL 2
AC
DC
Escala vertical: _______ V/div
Escala horizontal: ______ s/div
Fig. 4 – Tensão e corrente na saída do amplificador classe B – Push-Pull
A partir das formas de onda observadas, calcule o valor da corrente de pico no coletor do
transistor PNP. A forma de onda de corrente observada é a esperada?
POLARIZAÇÃO COM DIODOS COMPENSADORES
7. Desligue a alimentação e desconecte o gerador de sinais do circuito. Altere o circuito montado
substituindo os resistores de 680Ω por diodos, conforme indicado na figura 5.
Vx
+
Fig. 5 – Polarização utilizando diodos compensadores
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unesp
8. Considere o amplificador Push-Pull com a nova polarização e Vcc = 10V. Recalcule as tensões e
correntes CC de polarização e anote-as na tabela da figura 6.
VCC
Grandeza
Valor Calculado
VE
VB1
VB2
Vx
ICQ
VC1
VC2
IR=3,9kΩ
–
Valor Medido
–
Fig. 6 – Valores Calculados e Valores Medidos de Polarização
9. Ligue a alimentação do circuito, reajuste a fonte PS-1 para 10V, meça e anote os resultados práticos na
tabela da figura 6.
10. A partir dos resultados práticos (valores medidos), calcule as tensões pedidas na tabela da figura 7.
VCE1
VCE2
VBE1
VBE2
Fig. 7 – Cálculo das tensões de polarização
Compare os resultados medidos com os valores calculados e justifique eventuais diferenças.
O espelho de corrente está funcionando corretamente?
Nesta situação há o risco de deriva térmica?
ATENÇÃO: APÓS A EXPERIÊNCIA, ORGANIZE SUA BANCADA CONFORME AS “NORMAS DE
UTILIZAÇÃO DO LABORATÓRIO DIDÁTICO PELOS ALUNOS DE ELETRÔNICA II”
(página iii desta apostila). BANCADA EM DESACORDO COM AS NORMAS ACARRETARÁ EM
DIMINUIÇÃO DA NOTA DE LABORATÓRIO, CONFORME PREVISTO.
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AMPLIFICADOR CLASSE C
1.0 OBJETIVOS
Após completar estas atividades de laboratório, você deverá ser capaz de:
1. Observar o funcionamento de um amplificador classe C.
2. Verificar o funcionamento do grampeador CC negativo na base.
2.0 DISCUSSÃO
Em um amplificador classe C, o transistor opera na região ativa menos de 180° do ciclo CA do sinal.
Tipicamente, o ângulo de condução é muito menor do que 180° e a corrente do coletor é um trem de
pulsos estreitos. Esta corrente não senoidal contém a frequência fundamental mais as harmônicas e é
obtida através de um circuito grampeador negativo ligado à base. Um amplificador classe C sintonizado
tem um circuito tanque ressonante na saída que está em sintonia com a frequência fundamental. Isto
produz uma tensão de saída senoidal com frequência fr. Em um circuito multiplicador de frequência, o
circuito tanque ressonante é sintonizado em alguma frequência harmônica superior, múltipla inteira da
frequência fundamental da entrada.
3.0 PROCEDIMENTO
1. Antes de iniciar a montagem, meça o valor da indutância e do fator de qualidade do indutor, anotando
estes resultados na tabela da figura 1. Utilize a ponte RLC digital disponível com o professor.
2. Calcule os demais parâmetros referentes ao amplificador classe C e complete a tabela.
L (µH)
QL
fR (kHz)
XL (Ω)
RS (Ω)
RP (Ω)
Q
B (kHz)
Fig. 1 – Valores Medidos e Calculados para o Amplificador Sintonizado
Q=
rC
XL
X L = 2.π . f . L
rC = R p R L
R P = QL . X L
PP = 2.Vcc
fr =
1
2π
B=
L. C
fr
Q
3. Considere o amplificador classe C sintonizado cujo esquema encontra-se na figura 2.
4. Insira a placa EB-98 no sistema (ou coloque o protoboard sobre a bandeja).
5. Monte o circuito do amplificador, observando os seguintes cuidados:
a) Seja organizado na sua montagem, para facilitar eventuais correções no circuito montado;
b) Evite entortar os terminais dos componentes, pois estes são frágeis podem se quebrar;
c) Não ligue ainda a alimentação do circuito.
d) Como indutor, use o Transformador de Pulsos (TP) fornecido.
6. Ajuste o gerador de sinais para uma entrada senoidal de 40kHz com 2Vpp.
7. Ajuste a alimentação para 10V, ligue o circuito e aplique o sinal de entrada.
8. Com o osciloscópio, observe os sinais na entrada (gerador) e na saída (carga).
9. Varie a frequência do gerador até que a saída alcance seu valor máximo (ressonância). Meça a
frequência nessa situação (Obs.: o valor da fR é por volta de 40kHz, mas varia de bancada para bancada).
Frequência de Ressonância calculada: ________________
(utlizando o valor de indutância medido)
Frequência de Ressonância medida:
(mede-se com o osciloscópio)
________________
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10. Anote as formas de onda de entrada e de saída na figura 3.
Fig. 2 – Amplificador Classe C
CANAL 1
AC
DC
Escala vertical: _______ V/div
CANAL 2
AC
DC
Escala vertical: _______ V/div
Escala horizontal: ______ s/div
Fig. 3 – Amplif. Classe C – Formas de onda de tensão na entrada e na carga
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Os resultados obtidos até o momento são os esperados ? (frequência e formas de onda)
Comente e justifique as diferenças observadas entre a teoria e a prática. Anote suas conclusões.
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
11. Observe, simultaneamente, o sinal de entrada e o sinal na base do transistor. Anote as formas de onda
na figura 4.
CANAL 1
AC
DC
(entrada)
Escala vertical: _______ V/div
CANAL 2
AC
DC
(base)
Escala vertical: _______ V/div
Escala horizontal: ______ s/div
Fig. 4 – Amplif. Classe C – Grampeamento Negativo
O resultado é o esperado? Justifique o que foi observado.
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
12. Varie a amplitude da tensão de entrada e observe o que ocorre com a tensão de saída. Anote a PP.
PP calculada: ________________
(teórica)
PP medida:
(prática)
________________
13. Altere a forma de onda da tensão de entrada para triangular, e depois, para onda quadrada. Observe
as diferenças na onda de tensão na carga. Justifique as alterações de comportamento observadas.
ATENÇÃO: AO TERMINAR, ORGANIZE A BANCADA SEGUINDO AS “NORMAS
UTILIZAÇÃO DO LAB. DIDÁTICO PELOS ALUNOS DE ELETRÔNICA II” (página iii).
DE
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ANÁLISE DE EFEITOS DE FREQUÊNCIA
1.0 OBJETIVOS
Após completar estas atividades de laboratório, o aluno deverá ser capaz de analisar e entender o
funcionamento de uma rede de avanço e de uma rede atraso, funcionando isoladamente.
2.0 DISCUSSÃO
O funcionamento dos amplificadores dentro de uma banda média, onde os capacitores são aproximados
por uma impedância de muito baixo valor, foi estudado em seções anteriores. Fora desta banda média, os
efeitos das capacitâncias não podem ser desprezados porque influenciam significativamente no
funcionamento dos amplificadores. Abaixo da banda média, os capacitores apresentam alta impedância,
levando os amplificadores a ganhos menores, e acima da banda média, capacitâncias internas das
junções e outras parasitas também alteram o ganho e devem ser consideradas para um perfeito
entendimento do comportamento destes circuitos. A análise deste comportamento variável com a
frequência pode ser introduzido com o estudo das redes de avanço e atraso, circuitos RC que permitem
uma visualização da variação das impedâncias capacitivas com a variação da frequência.
3.0 PROCEDIMENTO
REDE DE AVANÇO
1. Coloque a placa EB-98 nas guias do bastidor e encaixe o conector. Não é necessário ligar o sistema.
2. Monte o circuito da Rede de Avanço esquematizada na figura 1; para tanto, observe os seguintes
cuidados:
a) Encaixe cuidadosamente os componentes no protoboard, sem forçar para não danificá-los;
b) O sinal de entrada será aplicado a partir do gerador de sinais usando-se o cabo BNC-jacaré.
3. Utilize o gerador de sinais e aplique uma tensão senoidal com 2Vp-p, sem offset.
100nF
~
2Vpp
1kΩ
osciloscópio
(canal 2)
osciloscópio
(canal 1)
Fig. 1 – Rede de Avanço
4. Varie a frequência do sinal de entrada para diversos valores; com o auxílio do osciloscópio, meça
simultaneamente os sinais de entrada e saída do circuito e anote os resultados na tabela da figura 2.
Anote, ao menos, 10 resultados para que a curva tenha resolução adequada.
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OBS: A amplitude da tensão de entrada varia com a variação da frequência; corrija, se necessário.
f [Hz]
Vin [Vp-p]
Vout [Vp-p]
Ganho
Ganho
em dB
f [Hz]
Vin [Vp-p]
Vout [Vp-p]
Ganho
Ganho
em dB
Fig. 2 – Medidas na Rede de Avanço
5. Meça o valor das resistências e da capacitância, e calcule a frequência de corte do circuito. Apresente a
curva de resposta em frequência da em um gráfico monolog (figura 3).
10
1
10
2
10
3
10
4
10
5
10
6
Fig. 3 – Resposta em Frequência da Rede de Avanço
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6. Compare o valor calculado da frequência de corte (fC) com o valor encontrado no gráfico traçado. É
coerente?
REDE DE ATRASO
7. Monte o circuito da Rede de Atraso esquematizada na figura 4 tomando os mesmos cuidados do item 2.
8. Ajuste o gerador de sinais para uma tensão senoidal com 2Vp-p, sem offset.
1kΩ
~
2Vpp
100nF
osciloscópio
(canal 1)
osciloscópio
(canal 2)
Fig. 4 – Rede de Atraso
9. Com o auxílio do osciloscópio, meça simultaneamente os sinais de entrada e saída do circuito e anote
pelo menos 10 resultados na tabela da figura 5, para diferentes frequências de sinal de entrada.
OBS: A amplitude da tensão de entrada varia com a variação da frequência;
corrija, se necessário.
f [Hz]
Vin [Vp-p]
Vout [Vp-p]
Ganho
Ganho
em dB
f [Hz]
Vin [Vp-p]
Vout [Vp-p]
Ganho
Ganho
em dB
Fig. 5 – Medidas na Rede de Atraso
10. Apresente a curva de resposta em frequência da Rede de Atraso no gráfico monolog da figura 6.
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11. Compare o valor calculado da frequência de corte (fC) com o valor encontrado no gráfico traçado. É
coerente?
10
1
10
2
10
3
10
4
10
5
10
6
Fig. 6 – Resposta em Frequência da Rede de Atraso
Responda:
1) Qual deveria se a taxa de inclinação (teórica) fora da banda de passagem para ambas as redes de
atraso estudadas?
2) Quais os valores destas inclinações obtidas na prática?
ATENÇÃO: APÓS A EXPERIÊNCIA, ORGANIZE SUA BANCADA CONFORME AS “NORMAS DE
UTILIZAÇÃO DO LABORATÓRIO DIDÁTICO PELOS ALUNOS DE ELETRÔNICA II”
(página iii desta apostila). BANCADA EM DESACORDO COM AS NORMAS ACARRETARÁ EM
DIMINUIÇÃO DA NOTA DE LABORATÓRIO, CONFORME PREVISTO.
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RESPOSTA EM FREQUÊNCIA DE AMPLIFICADORES
1.0 OBJETIVOS
Após completar estas atividades de laboratório, o aluno deverá ser capaz de analisar e entender o
comportamento de um amplificador emissor comum funcionando com um sinal de frequência variável na
entrada.
2.0 DISCUSSÃO
O funcionamento dos amplificadores dentro de uma banda média, onde os capacitores são aproximados
por uma impedância de muito baixo valor, foi estudado em seções anteriores. Fora desta banda média, os
efeitos das capacitâncias não podem ser desprezados porque influenciam significativamente no
funcionamento dos amplificadores. Abaixo da banda média, os capacitores apresentam alta impedância,
levando os amplificadores a ganhos menores, e acima da banda média, capacitâncias internas das
junções e outras parasitas também alteram o ganho e devem ser consideradas para um perfeito
entendimento do comportamento destes circuitos.
ATENÇÃO: Recomenda-se aos senhores alunos que realizem os cálculos necessários para esta
experiência antecipamente e tragam os resultados já computados, para facilitar a implementação
dos circuitos e aproveitar melhor o tempo de aula. Os cálculos necessários encontram-se ao final
deste roteiro de aula.
3.0 PROCEDIMENTO
RESPOSTA EM FREQUÊNCIA DE UM AMPLIFICADOR EC
1. Coloque a placa EB-98 nas guias do bastidor e encaixe o conector. Não ligar o sistema.
2. Monte o circuito do Amplificador Emissor-Comum esquematizado na figura 1 observando os seguintes
cuidados:
a) Seja organizado na sua montagem, para facilitar eventuais correções no circuito montado;
b) Evite entortar os terminais dos componentes, pois estes são frágeis podem se quebrar;
c) Encaixe cuidadosamente os componentes no protoboard, sem forçar para não danificá-los;
d) Observe as polaridades dos capacitores e a pinagem do transistor;
e) O sinal de entrada será aplicado a partir do gerador de sinais usando-se o cabo BNC-jacaré.
3. Ligue o sistema e ajuste PS-1 para 10V. (Não é preciso inicializar o sistema).
4. Ajuste o gerador de sinais para uma tensão senoidal de 100Hz com amplitude de 10mV (Vpp=20mV).
5. Meça os valores de polarização utilizando um voltímetro CC e anote os resultados na tabela 01, no final
deste roteiro de aula (a corrente de emissor deve ser calculada; não abrir o circuito).
6. Com o auxílio do osciloscópio, meça simultaneamente os sinais de entrada e saída do circuito e anote
os resultados na tabela da figura 2. Varie a frequência, obtendo ao menos 20 resultados para posterior
traçado do gráfico.
OBS.: Para que os resultados sejam confiáveis e tenham qualidade, utilize sempre o osciloscópio nas
escalas adequadas. Para medidas de frequência, utilize o osciloscópio.
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PS-1
10kΩ
3,3kΩ
2,2µF
+
E
B
C
VCE(máx) = 40V
4,7µF
+
VCB(máx) = 75V
2N2222A
PD(máx) = 0,5W
1,5kΩ
Vin
IC(máx) = 0,8A
hfe = 150
fT = 300MHz
~
CC’ = 8pF
+
2,2kΩ
1kΩ
Ce’ = 25pF
10µF
rb’ = 50Ω
Rg = 400Ω
Fig. 1 – Amplificador Emissor Comum
OBS: Se a amplitude da tensão de entrada variar com a frequência; reajuste-a.
f [Hz]
Vin [mVp-p]
Vout [mVp-p]
Ganho
Ganho
em dB
f [Hz]
Vin [mVp-p]
Vout [mVp-p]
Ganho
Ganho
em dB
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f [Hz]
Vin [mVp-p]
Vout [mVp-p]
Ganho
Ganho
em dB
Fig. 2 – Medidas no Amplificador EC
7. Apresente a curva de resposta em frequência do amplificador na figura 3.
10
1
10
2
10
3
10
4
10
5
10
6
Fig. 3 – Resposta em Frequência do Amplificador EC
8. A partir do gráfico,estime o valor das frequências de corte superior e inferior.
9. Compare os valores calculados para as frequências de corte superior e inferior com os resultados
obtidos no gráfico. Eles são coerentes?
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TABELA 1
Grandeza
VCC [V]
Valor
Calculado
Valor
Medido
VB [V]
VE [V]
IE [mA]
re’ [Ω]
rC [Ω]
–
–
Av
–
TABELA 2
Grandeza
fentr [Hz]
fsaída [Hz]
fE [Hz]
fB [MHz]
fC [MHz]
Valor
Calculado
TABELA3
f1 [Hz]
Grandeza
f2 [Hz]
Valor Calculado
Valor Medido
Amplificador Emissor-Comum
Rent = R1 R 2 β .re,
Rsaída ≅ RC
re, =
25mV
IE
Am =
− rC
re,
rC = RC // RL
Amplificador Coletor-Comum
Rent = R1 R 2 β .RE
Rsaída = re, +
RS R1 R 2
β
Aspectos Frequenciais
f ent =
1
2π ( Rs + Rent )Cent
f saída =
fE =
1
2π ( Rsaída + RL )Csaída
 r 
CB = Ce, + CC, 1 + C, 
 re 
Cent ( Miller ) = C (1 − A)
1
fB =
2π (Zs EMISSOR // RE ) CE
fC =
1
2π rC CC
rB = ( rG + rb, ) β re,
 A-1 
Csaída ( Miller ) = C 

 A 
C,e =
1
2π rB CB
1
2π fT re,
Av [dB ] = 20.log Av
CC =C,C +CPE
AP [dB] = 10.log AP
rG = RS R1 R 2
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AMPLIFICADOR DIFERENCIAL
1.0 OBJETIVOS
Após completar estas atividades de laboratório, o aluno deverá ser capaz de:
1. Analisar e entender o funcionamento de um amplificador diferencial, funcionando com entrada simples
ou diferencial e saída simples ou diferencial;
2. Medir os ganhos experimentalmente e comparar com os valores teóricos calculados;
3. Entender o funcionamento de um espelho de corrente e verificá-lo em um amplificador diferencial.
2.0 DISCUSSÃO
Dentre os diversos tipos de amplificadores que podem ser construídos com dispositivos discretos, o
amplificador diferencial constitui-se numa topologia com características particulares que o torna
interessante para ser utilizado como estágio de entrada de amplificadores integrados, como os
Amplificadores Operacionais. O amplificador diferencial possui 2 entradas e 2 saídas, podendo ter
alimentação simples ou dividida. Dependendo da maneira como o sinal de entrada é aplicado (apenas em
uma das entradas, nas duas entradas com valores diferentes ou com valor igual nas duas entradas), o
ganho, e por consequência, a tensão obtida na saída, podem ser alterados. Dependendo da maneira
como a carga é ligada, apenas em uma saída ou entre as duas saídas, novamente podem ser obtidos
valores diferentes de ganhos para cada situação. A utilização de espelhos de corrente para a polarização
destes circuitos oferece a alta impedância necessária nos coletores e nos emissores dos transistores do
par diferencial, contribuindo também para a necessária equalização das correntes nos 2 ramos do par
diferencial.
ATENÇÃO: Recomenda-se aos senhores alunos que realizem os cálculos necessários para esta
experiência antecipamente e tragam os resultados já computados, para facilitar a implementação
dos circuitos e aproveitar melhor o tempo de aula.
3.0 PROCEDIMENTO
POLARIZAÇÃO DO PAR DIFERENCIAL
1. Coloque a placa EB-98 nas guias do bastidor e encaixe o conector.
2. Monte o circuito do Par Diferencial esquematizado na figura 1; para tanto, observe os seguintes
cuidados:
a) Encaixe cuidadosamente os componentes no protoboard, sem forçar para não danificá-lo;
b) Evite entortar demais os terminais dos componentes, para não danificá-los, pois estes serão
utilizados em aulas de outras turmas, ou mesmo nesta turma em outras experiências;
c) Faça sua montagem de maneira organizada, de modo a poder identificar qual é o transistor Q1
e qual é o transistor Q2.
3. Ligue o sistema, e ajuste PS-1 e PS-2 para obter as tensões de alimentação +12V e –12V.
4. Aterre as entradas vi1 e vi2 e meça, com o voltímetro, as tensões de polarização nos coletores e nos
emissores de Q1 e Q2. Anote os resultados na tabela da figura 2.
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PS-1
100kΩ
100kΩ
E
vo1
B
C
v o2
v i1
v i2
Q2
Q1
2N2222A
2N2222A
100kΩ
Fig. 1 – Circuito do Amplificador Diferencial
PS-2
PS-1
PS-2
Vc1
Vc2
Ve1=Ve2
Fig. 2 – Tensões de Polarização do Par Diferencial
AMPLIFICAÇÃO DE SINAIS – ENTRADA SIMPLES / SAÍDA SIMPLES
5. Desligue a entrada vi1 do terra e aplique nela um sinal senoidal de 10mV de pico, frequência de 1kHz.
Mantenha a entrada vi2 aterrada e a saída vo1 em aberto. Esboce na figura 3 as formas de onda de tensão
de entrada, e a saída observada em vo2 .
OBS: Para poder verificar a defasagem entre os dois sinais, observe os dois canais do
osciloscópio ao mesmo tempo, embora em escalas diferentes devido ao ganho.
6. Mantenha o canal 1 em vi1 e passe o canal 2 do osciloscópio para a saída vo1. Esboce a forma de onda
de vo1 juntamente com a tensão vo2 . Observe a defasagem e os valores de pico-a-pico de ambas as
ondas.
7. Calcule o ganho teórico e compare com o ganho experimental observado nesta situação.
Ganho Teórico:
_______________
Ganho Experimental:
_______________
Os resultados estão coerentes? O ganho experimental está próximo do esperado?
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Canal 1 – Vi1 (gerador) – escala vertical: ____ mV/div
Canal 2 – Vo2 (saída) – escala vertical: _____ V/div
escala horizontal (ambos): _____ ms/div
Fig. 3 – Ganho Diferencial – Entrada e Saída Simples
AMPLIFICAÇÃO DE SINAIS – ENTRADA SIMPLES / SAÍDA DIFERENCIAL
8. Com o mesmo circuito em funcionamento, meça a tensão diferencial de saída. Para tanto, conecte o
canal 1 do osciloscópio na saída vo2 e o canal 2 do osciloscópio na saída vo1 e faça a leitura da saída
diferencial (o osciloscópio deverá estar no modo diferencial de leitura, fornecendo: vo2 – vo1 ). Esboce a
forma de onda observada na figura 4.
Canal 1 – Canal 2
(tensão diferencial de saída)
escala vertical: _____ V/div
escala horizontal: _____ ms/div
Fig. 4 – Ganho Diferencial – Entrada Simples e Saída Diferencial
9. Calcule o ganho teórico e compare com o ganho experimental observado nesta situação.
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Ganho Teórico:
_______________
Ganho Experimental:
_______________
Os resultados estão coerentes? O ganho experimental está próximo do esperado?
ANÁLISE DE MODO COMUM – SAÍDA SIMPLES
10. Desligue o modo diferencial do osciloscópio.
11. Conecte as duas entradas do amplificador diferencial no gerador, ajustando as entradas de modo que
vi1 = vi2 com 100 mVp, frequência 1kHz, senoidal.
12. Esboce na figura 5 as formas de onda de tensão de entrada, e a saída observada em vo2 .
Canal 1 – entrada de modo-comum
Canal 2 – Vo2 (saída) – escala vertical: _____ V/div
escala vertical: _____ V/div
escala horizontal (ambos): _____ ms/div
Fig. 5 – Ganho de Modo-Comum – Saída Simples
13. Calcule o ganho teórico e compare com o ganho experimental observado nesta situação.
Ganho Teórico:
_______________
Ganho Experimental:
_______________
Os resultados estão coerentes? O ganho experimental está próximo do esperado?
ANÁLISE DE MODO COMUM – SAÍDA DUPLA
14. Com o mesmo circuito em funcionamento, meça a tensão diferencial de saída.
Qual foi o resultado obtido nesta situação? Este resultado era o esperado?
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DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
unesp
AMPLIFICADOR NÃO-INVERSOR E AMPLIFICADOR INVERSOR DE TENSÃO COM AMP-OP
1.0 OBJETIVOS
Após completar estas atividades de laboratório, o aluno deverá ser capaz de:
1. Verificar a operação do amplificador operacional (AMP-OP) em malha fechada.
2. Verificar experimentalmente o ganho de um amplificador inversor e de um amplificador não-inversor de
tensão com AMP-OP, para sinais CC e CA, utilizando-se de multímetro digital e osciloscópio.
3. Medir as impedâncias de entrada e saída para o amplificador não-inversor de tensão.
4. Verificar a redução do off-set de saída causada pela realimentação negativa.
5. Determinar a resposta em frequência destes amplificadores.
2.0 DISCUSSÃO
A realimentação negativa altera as características de malha aberta do AMP-OP, e no caso da
configuração de amplificador inversor, deverá ser observado que a impedância de entrada estabiliza-se, a
impedância de saída diminui e o ganho diminui e estabiliza-se. Já a configuração de amplificador nãoinversor tem sua impedância de entrada aumentada, a impedância de saída diminuída e o ganho também
diminui e estabiliza-se.
Um amplificador operacional integrado pode ser utilizado para amplificar tensões CC e CA, e o ganho
deste amplificador depende da configuração da realimentação negativa escolhida. Na presente
experiência, serão configurados o amplificador inversor de tensão, que tem como ganho:
−Rrealim
Av ≅
Rentr
e também o amplificador não inversor de tensão, que tem como ganho:
Av = 1 +
Rrealim
Rentr
Experimentalmente, o ganho pode ser obtido medindo-se as tensões de entrada e saída do circuito e
calculando-se a relação:
Av ≅
Vsaida
Ventrada
Deve ser observado que no amplificador inversor o sinal de saída tem fase invertida em relação ao sinal
de entrada.
Além de alterar as características básicas de funcionamento do amplificador operacional em malha aberta,
a realimentação negativa também altera o offset de saída, reduzindo-o, e aumenta a faixa de resposta em
frequência dos amplificadores assim realimentados.
3.0 PROCEDIMENTO
AMPLIFICADOR NÃO-INVERSOR DE TENSÃO
1. Insira a placa EB-98 no sistema (ou coloque o protoboard sobre a bandeja). Não é necessário inicializar
o sistema e nem ligar a fonte principal da MB-U.
2. Monte o circuito do Amplificador Não-inversor de tensão esquematizado na figura 1 utilizando-se do
Amp-Op 741; para tanto, observe os seguintes cuidados:
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página 29
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
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a) Encaixe cuidadosamente o CI no protoboard e se necessário retirá-lo, faça com atenção para
não entortar ou danificar seus terminais;
b) Não se esqueça de ligar a alimentação do CI, deixando para energizar a MB-U apenas quando
tiver terminado a montagem e conferido todas as ligações;
c) Evite entortar demais os terminais do capacitor, pois este é frágil e quebra-se com facilidade;
d) O sinal de entrada será aplicado a partir do gerador de sinais usando-se o cabo BNC-jacaré.
e) Seja organizado na sua montagem, para facilitar eventuais correções no circuito montado;
Fig. 1 – Amplificador Não-inversor de Tensão
MEDIDAS DE AMPLIFICAÇÃO CC
3. Energize o circuito.
4. A fonte CC variável PS-1 será utilizada como o sinal CC de entrada do amplificador. Varie a fonte PS-1
para os valores da tabela da figura 2. Faça o melhor ajuste possível das tensões e anote o valor real que o
voltímetro indicar. Com o uso do mesmo voltímetro, meça também a tensão de saída para cada caso e
complete a tabela da figura 2.
Vent [V]
(desejada)
Vent [V]
(medida)
Vsaída [V]
0
1
2
4
7
10
Ganho Real
(medido)
Fig. 2 – Ganho CC do Amplificador Não-inversor
Os valores medidos de ganho CC são coerentes com o valor teórico calculado?
MEDIDAS DE AMPLIFICAÇÃO CA
5. Para o mesmo circuito já montado, substitua a entrada CC (PS-1) por uma entrada senoidal (gerador de
sinais) de 10kHz e 2Vp-p, sem nível DC (offset). Retire o voltímetro do circuito.
6. Com o auxílio do osciloscópio, utilizando os 2 canais simultaneamente, esboce as formas de onda de
entrada e saída, registrando os eixos horizontal e vertical na figura 3.
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7. Calcule o valor do ganho e conclua o que foi observado com relação aos resultados teórico/prático e
fase do sinal.
Foi observado nível DC no sinal de saída? Por que?
AMPLIFICADOR NÃO INVERSOR
escala vertical (ch1) =
_________
escala vertical (ch2) =
_________
escala horizontal = _____________
ganho prático = __________________
Fig. 3 – Ganho CA do Amplificador Não-inversor
MEDIDAS DE IMPEDÂNCIA DE ENTRADA E SAÍDA
8. Para a medida de impedância de entrada, retire o osciloscópio e o gerador de sinais do circuito.
9. Mantenha o circuito alimentado e meça, com o ohmímetro, a resistência entre Vent e terra.
Zin = _____________
10. Ligue Vent ao terra (curto-circuito da entrada) e meça, com o ohmímetro, a resistência entre Vsaída e
terra. (mantenha o circuito normalmente com a sua alimentação)
Zout = _____________
VERIFICAÇÃO DO EFEITO DA REALIMENTAÇÃO NEGATIVA SOBRE O OFF-SET DE SAÍDA.
11. Mantenha o curto-circuito da entrada e retire o ohmímetro da saída.
12. Abra a realimentação (retire o resistor) e meça a tensão de saída com o voltímetro.
vos( saí da )OL = _____________
13. Ligue novamente o resistor de realimentação e mantenha a entrada curto-circuitada; meça novamente
a tensão de saída com o voltímetro nesta condição.
vos( saída )CL = _____________
Comente o que foi observado com relação à tensão de off-set de saída em ambos os casos.
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AMPLIFICADOR INVERSOR – MEDIDAS DE AMPLIFICAÇÃO CC
14. Monte agora o circuito do Amplificador Inversor de tensão esquematizado na figura 4, utilizando-se do
Amp-Op 741.
Fig. 4 – Amplificador Inversor com Amp-Op
15. Varie a fonte de tensão PS-1 para os valores da tabela da figura 5. Faça o melhor ajuste possível das
tensões e anote o valor real que o voltímetro indicar. Com o uso do mesmo voltímetro, meça também a
tensão de saída para cada caso e complete a tabela da figura 5.
Vent [V]
(desejada)
Vent [V]
(medida)
Vsaída [V]
1.0
2.0
4.0
7.0
8.0
10
Ganho Real
(medido)
Fig. 5 – Ganho do Amplificador Inversor
Os valores medidos de ganho CC são coerentes com os valores teóricos calculados?
MEDIDAS DE AMPLIFICAÇÃO CA
16. Para o mesmo circuito já montado, retire os voltímetros e a fonte PS-1.
17. Aplique na entrada um sinal triangular de 1kHz e 1Vp-p, sem nível DC do gerador.
18. Com o auxílio do osciloscópio, utilizando os 2 canais simultaneamente, esboce as formas de onda de
entrada e saída, registrando os eixos horizontal e vertical na figura 6. Observe a inversão de fase.
19. Calcule o valor do ganho e conclua o que foi observado com relação aos resultados teórico/prático e
fase do sinal.
Foi observado nível DC no sinal de saída? Por que?
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AMPLIFICADOR INVERSOR
escala vertical (ch1) =
_________
escala vertical (ch2) =
_________
escala horizontal = _____________
ganho prático = __________________
Fig. 6 – Ganho CA do Amplificador Inversor
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AMPLIFICADOR SOMADOR COM AMP-OP E REFORÇADOR DE CORRENTE
1.0 OBJETIVOS
Após completar estas atividades de laboratório, o aluno deverá ser capaz de:
1. Construir e verificar o funcionamento de um amplificador somador de tensão utilizando amplificador
operacional;
2. Verificar experimentalmente o funcionamento de um reforçador de corrente push-pull ligado à saída de
um amp-op.
2.0 DISCUSSÃO
Um amplificador inversor construído com amplificador operacional pode ter uma ou diversas entradas;
cada uma das entradas contribui com uma parcela de corrente na entrada inversora do amp-op, fazendo
com que a tensão de saída seja proporcional à soma destas correntes de entrada. Considerando-se que a
entrada inversora é um terra virtual, a tensão de saída será então propocional à soma das tensões
aplicadas nas entradas, ponderadas pelos respectivos resistores de entrada, conforme a expressão a
seguir:
−Vsaida V1 V2 V3 V4
≅
+
+
+
+ ...
Rsaida
R1 R2 R3 R4
Como trata-se de um amplificador inversor, para uma entrada positiva, a saída é negativa e para uma
entrada negativa, tem-se uma saída positiva; por este motivo, faz-se necessária uma alimentação dividida
(ou simétrica), ou então alterações no circuito que permitam a inversão de fase para o sinal amplificado de
saída. Isto é possível polarizando-se a entrada não-inversora do amp-op com uma tensão positiva,
próxima à metade da tensão de alimentação e uso de capacitores para acoplamento e derivação.
Em algumas aplicações, a capacidade de corrente na saída do amplificador operacional é insuficiente para
os requisitos da carga; nestas situações, é possível amplificar-se a corrente de saída utilizando-se um
transistor (para correntes unidirecionais) ou dois transistores num arranjo push-pull para correntes
alternadas. A realimentação negativa encarrega-se de minimizar os efeitos de VBE, dispensar a
polarização na base dos transistores e praticamente eliminar a distorção por cross-over.
3.0 PROCEDIMENTO
AMPLIFICADOR SOMADOR DE 3 ENTRADAS COM ALIMENTAÇÃO SIMÉTRICA
1. Coloque a placa EB-98 nas guias do bastidor e encaixe o conector;
2. Monte o circuito da figura 1, tomando os seguintes cuidados:
a) Encaixe cuidadosamente o CI LM741 no protoboard e se necessário retirá-lo, faça com
atenção para não entortar ou danificar seus terminais (pinagem do CI na figura 6);
b) Não se esqueça de ligar a alimentação do CI, deixando para energizar a MB-U apenas quando
tiver terminado a montagem e conferido todas as ligações;
3. Aplique as tensões de entrada conforme o esquema, ajustando-as para os seguintes valores:
PS-1 = 1V
PS-2 = –4V
Gerador: senoidal, sem offset, 1kHz, 1Vpp
4. Esboce a forma de onda de saída na figura 2. O resultado é o esperado?
5. Varie a tensão das fontes PS-1 e PS-2 e observe o comportamento da tensão de saída.
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unesp
10kΩ
10kΩ
osciloscópio
(canal 1)
10kΩ
+12V
10kΩ
_
2
6
741
~
3
+
Vs
4
V
PS-1
osciloscópio
(canal 2)
7
-12V
PS-2
Fig. 1 – Amplificador Somador com Amp-Op
AMPLIFICADOR SOMADOR
escala vertical =
_____________
escala horizontal = _____________
Fig. 2 – Tensão de Saída do Somador
REFORÇADOR DE CORRENTE PUSH-PULL
6. Desligue a alimentação.
7. Monte o circuito esquematizado na figura 3, do amplificador inversor sem reforçador de corrente.
8. Ligue novamente a alimentação e aplique na entrada um sinal senoidal de 0,5Vpp, sem offset do
gerador, frequência de 1 kHz.
9. Aumente o valor da tensão de entrada para 2Vpp e observe o que ocorre na saída. Anote na figura 4 as
formas de onda de tensão de entrada e saída.
Quais são os valores das tensões de saturação positiva e negativa?
Você não acha que estes valores estão muito baixos? Explique o que está ocorrendo.
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unesp
47kΩ
+12V
osciloscópio
(canal 1)
10kΩ
2
_
6
741
3
~
+
osciloscópio
(canal 2)
7
4
100Ω
-12V
Fig. 3 – Amplificador Inversor sem Reforçador de Corrente
Amplificador Inversor
SEM reforçador de corrente
Amplificador Inversor
COM reforçador de corrente
Canal 1 – tensão do gerador
escala vertical: ___________V/div
Canal 1 – tensão do gerador
escala vertical: ___________V/div
Canal 2 – tensão na carga
escala vertical: ___________V/div
Canal 2 – tensão na cargaescala vertical: ___________V/div
escala horizontal (ambos): _____ ms/div
Fig. 4 – Formas de onda de tensão no Amplificador Inversor
10. Desligue novamente a alimentação e o sinal da entrada.
11. Acrescente o reforçador de corrente push-pull, conforme esquematizado na figura 5.
OBSERVE A PINAGEM CORRETA DOS TRANSISTORES NA FIGURA 6.
CUIDADO AO LIGAR PARA NÃO INVERTER OS TERMINAIS!
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unesp
12. Após conferir as ligações, ligue a alimentação e aplique na entrada um sinal senoidal de até 3Vpp,
sem offset do gerador, frequência de 1 kHz e anote na figura 4 as formas de onda de tensão de entrada e
saída.
47kΩ
+12V
osciloscópio
(canal 1)
TIP31
10kΩ
2
_
6
741
3
~
+
osciloscópio
(canal 2)
7
4
TIP32
100Ω
-12V
Fig. 5 – Amplificador Inversor com Reforçador de Corrente
13. Calcule a corrente de pico na carga.
Tire suas conclusões sobre o funcionamento do reforçador Push-Pull. Foi possível observar crossover ?
TI
TIP P 31
32
BASE
COLETOR
EMISSOR
Fig. 6 – Pinagem dos terminais dos transistores TIP 31 e TIP32 e do CI LM741
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unesp
FILTROS ATIVOS COM AMP-OP
1.0 OBJETIVOS
Após completar estas atividades de laboratório, o aluno deverá ser capaz de:
1. Entender como funcionam os filtros ativos que utilizam-se de amplificadores operacionais.
2. Verificar o funcionamento dos mesmos, levantando as curvas de resposta em frequência dos filtros
ativos em papel monolog.
3. Determinar experimentalmente as frequências de corte (a partir dos gráficos) para filtros ativos e
comparar com os valores teóricos.
2.0 DISCUSSÃO
Um amplificador operacional pode ser utilizado para a construção de filtros (ativos) passa-baixas, passaaltas, passa-faixa e rejeita-faixa. Nesta prática serão verificados os funcionamentos de um filtro passabaixas (FPB) e de um filtro passa-altas (FPA), que na sua banda média apresentam ganho relativamente
estável, e fora da banda de passagem apresentam uma inclinação dependente do número de pólos,
sempre múltipla de 20 dB/década.
Para os filtros ativos a serem estudados (Butterworth, 1 Pólo e 2 Pólos, não-inversores), se os resistores e
capacitores de filtro de cada rede de atraso forem iguais, a frequência de corte pode ser calculada por:
fc =
1
2πRC
O ganho na banda média pode ser obtido medindo-se as tensões de entrada e saída do circuito e
calculando-se a relação:
Av =
Vsaí da
R
= 1+ 1
Ventrada
R2
ATENÇÃO: Recomenda-se aos senhores alunos que realizem os cálculos necessários para esta
experiência antecipamente e tragam os resultados já computados, para facilitar a implementação
dos circuitos e aproveitar melhor o tempo de aula.
3.0 PROCEDIMENTO
FILTRO PASSA-BAIXAS DE 1 PÓLO
1. Insira a placa EB-98 no sistema (ou coloque o protoboard sobre a bandeja). Não é necessário inicializar
o sistema e nem ligar a fonte principal da MB-U.
2. Monte o circuito do FPB de 1 Pólo esquematizado na figura 1 utilizando-se do Amp-Op 741; para tanto,
observe os seguintes cuidados:
a) Encaixe cuidadosamente o CI no protoboard e se necessário retirá-lo, faça com atenção para
não entortar ou danificar seus terminais;
b) Não se esqueça de ligar a alimentação do CI, deixando para energizar a MB-U apenas quando
tiver terminado a montagem e conferido todas as ligações;
c) Evite entortar demais os terminais do capacitor, pois este é frágil e quebra-se com facilidade;
d) O sinal de entrada será aplicado a partir do gerador de sinais usando-se o cabo BNC-jacaré.
e) Seja organizado na sua montagem, para facilitar eventuais correções no circuito montado;
3. Energize o circuito e ajuste o gerador de sinais para uma forma de onda senoidal.
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unesp
+12V
entrada
270 Ω
33nF
3
2
+
-
7
6
4
saída
4.7k Ω
-12V
8.2k Ω
Fig. 1 – Filtro Ativo Passa-Baixas de 1 Pólo
4. Calcule a frequência de corte do filtro e escolha as frequências nas quais colherá os pontos para
construir o gráfico. Com o auxílio do osciloscópio, meça simultaneamente os sinais de entrada e saída e
anote os resultados na tabela da figura 2.
5. Calcule o ganho experimental e apresente a curva de resposta em frequência do FPB de 1 Pólo em um
gráfico monolog (figura 3).
OBS: A amplitude da tensão de entrada varia ligeiramente com a variação da frequência; corrija, se
necessário. Caso observe deformação na onda de saída devido ao slew-rate do amp-op, diminua a
amplitude do sinal de entrada para aumentar a Banda de Potência do amplificador.
f [Hz]
Vin [Vp-p]
Vout [Vp-p]
Ganho
[dB]
f [Hz]
Vin [Vp-p]
Vout [Vp-p]
Ganho
[dB]
Fig. 2 – Medidas no FPB de 1 Pólo
6. Determine a frequência de corte (fc) no gráfico e observe a taxa de inclinação acima de fc.
7. Compare o resultado experimental obtido com a frequência teórica calculada. Meça e anote o valor das
resistências e do capacitor utilizado. Comente as diferenças eventualmente observadas.
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unesp
10
1
10
2
10
3
10
4
10
5
10
6
Fig. 3 - Resposta em Frequência do FPB de 1 Pólo
FILTRO PASSA-ALTAS DE 2 PÓLOS
8. Monte o circuito do FPA de 2 Pólos esquematizado na figura 4 utilizando-se do Amp-Op 741 e
observando os mesmos cuidados do item 2.
9. Energize o circuito e ajuste o gerador de sinais para uma forma de onda senoidal.
270Ω
33nF
+12V
33nF
3
entrada
2
270Ω
+
-
7
6
saída
4
-12V
4.7kΩ
8.2kΩ
Fig. 4 – Filtro Ativo Passa-Altas de 2 Pólos
10. Calcule a frequência de corte do filtro e escolha as frequências nas quais colherá os pontos para
construir o gráfico. Com o auxílio do osciloscópio, meça simultaneamente os sinais de entrada e saída e
anote os resultados na tabela da figura 5.
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página 40
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unesp
11. Calcule o ganho experimental e apresente a curva de resposta em frequência do FPA de 2 Pólos em
um gráfico monolog (figura 6).
OBS: Se necessário, corrija a amplitude da tensão de entrada. Caso observe deformação na onda
de saída devido ao slew-rate, diminua a amplitude de entrada.
f [Hz]
Vin [Vp-p]
Vout [Vp-p]
Ganho
[dB]
f [Hz]
Vin [Vp-p]
Vout [Vp-p]
Ganho
[dB]
Fig. 5 - Resposta em Frequência do FPA de 2 Pólos
12. Determine a frequência de corte (fc) no gráfico e observe a taxa de inclinação abaixo de fc .
13. Compare o resultado experimental com a frequência calculada. Comente as diferenças observadas.
10
1
10
2
10
3
10
4
10
5
10
6
Fig. 6 – Resposta em Frequência do FPA de 2 Pólos
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unesp
CIRCUITOS NÃO LINEARES COM AMP-OP
1.0 OBJETIVOS
Após completar estas atividades de laboratório, o aluno deverá ser capaz de:
1. Entender como funciona um retificador ativo com amp-op (retificador de instrumentação).
2. Construir um detector de pico ativo e observar o efeito da carga no valor de pico detectado.
3. Entender o funcionamento dos circuitos limitador e grampeador positivos ativos.
2.0 DISCUSSÃO
Os amp-op's podem melhorar o funcionamento de circuitos que usam diodos (retificadores, grampeadores,
ceifadores, etc.), reduzindo substancialmente o efeito da tensão de compensação dos diodos, além de
praticamente eliminar os efeitos de carga e de fonte nestes mesmos circuitos
Para que um circuito retificador convencional (não-ativo) funcione adequadamente é necessário que a
tensão de entrada seja maior que 0,7V para diodos de silício e 0,3V para diodos de germânio. Quando a
tensão de entrada é menor que estes valores, não é possível vencer-se a barreira de potencial da junção e
o circuito não funciona. Os circuitos retificadores ativos superam esta limitação, utilizando-se das
propriedades de funcionamento dos amplificadores operacionais que, devido à realimentação negativa,
geram tensão suficiente em sua saída para colocar o diodo em condução, antes mesmo da tensão de
entrada ter atingido a tensão de barreira.
No caso dos detectores de pico, a baixa impedância de saída do amp-op garante carga praticamente
instantânea do capacitor, ficando o mesmo carregado com o valor máximo do pico positivo da tensão de
entrada. Nos intervalos em que os picos de tensão de entrada forem menores que a tensão do capacitor, a
descarga do mesmo ocorrerá em função da carga ligada a ele.
Para os circuitos limitador e grampeador, a eliminação praticamente total da tensão de barreira do diodo
permite sua utilização em tensões pequenas de entrada.
3.0 PROCEDIMENTO
RETIFICADOR ATIVO
1. Coloque a placa EB-98 nas guias do bastidor e encaixe o conector.
2. Monte o circuito do Retificador Ativo esquematizado na figura 1 utilizando-se do Amp-Op 741 e com
RL=100Ω; para tanto, observe os seguintes cuidados:
a) Encaixe cuidadosamente o CI no protoboard e se necessário retirá-lo, faça com atenção para
não entortar ou danificar seus terminais;
b) Não se esqueça de ligar a alimentação do CI, deixando para energizar a MB-U apenas quando
tiver terminado a montagem e conferido todas as ligações;
c) O sinal de entrada será aplicado a partir do gerador de sinais usando-se o cabo BNC-jacaré.
3. Energize o circuito e ajuste o gerador de sinais para uma forma de onda senoidal de 1KHz com
amplitude de 0,5Vp, off-set zero.
4. Com o auxílio do osciloscópio, meça simultaneamente os sinais de entrada e saída do circuito e esboce
a forma de onda dos dois sinais, destacando as escalas horizontal e vertical.
5. Diminua a amplitude do sinal de entrada para 50mVp e repita o item anterior.
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página 42
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unesp
+12V
entrada
270 Ω
3
7
+
LM741
2 _
4
saída
6
-12V
RL
K
A
anodo
catodo
Fig. 1 – Retificador Ativo
RETIFICADOR ATIVO, entrada 1Vpp
escala horizontal =
______________
escala vertical = _________________
RETIFICADOR ATIVO, entrada 100mVpp
escala horizontal =
______________
escala vertical = _________________
Responda:
É possível medir a diferença do valor de pico entre os sinais de entrada e saída? Se possível, qual
é este valor? Explique a pequena deformação observada na forma de onda de saída.
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página 43
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unesp
DETECTOR DE PICO ATIVO
6. Desligue a alimentação e altere o circuito montado para o circuito do Detector de Pico Ativo
esquematizado na figura 2, observando os mesmos cuidados do item 2.
7. Energize o circuito e aplique na entrada uma tensão senoidal de 1KHz com amplitude de 1,5Vp.
+12V
entrada
270 Ω
3
2
7
+
LM741
-
4
saída
6
+ 4,7 µF
-12V
Fig. 2 – Circuito Detector de Pico Ativo
8. Com o auxílio do osciloscópio, meça simultaneamente os sinais de entrada e saída do circuito e esboce
a forma de onda dos dois sinais, destacando as escalas horizontal e vertical.
DETECTOR DE PICO ATIVO, sem carga
escala horizontal =
______________
escala vertical = _________________
9. Coloque um resistor de carga RL=100Ω (entre a saída e o terra) e repita o item anterior.
DETECTOR DE PICO ATIVO, carga 100Ω
escala horizontal =
______________
escala vertical = _________________
Responda:
O que ocorreu com o sinal de saída alterando-se o resistor de carga ? É possível evitar-se o efeito
da carga em circuito deste tipo ? Como ?
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página 44
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
unesp
LIMITADOR POSITIVO ATIVO
10. Desligue a alimentação e altere o circuito montado para o circuito do Limitador Positivo Ativo
esquematizado na figura 3. Observe os mesmos cuidados do item 2.
11. Energize o circuito e ajuste o gerador de sinais para uma forma de onda senoidal de 1KHz com
amplitude de 4Vp e Vref = 1V, obtida de PS-1.
entrada
100k Ω
saída
+12V
2
-
7
LM741
Vref
3
PS-1
+
6
4
-12V
Fig. 3 – Circuito Limitador Positivo Ativo
12. Com o auxílio do osciloscópio, meça simultaneamente os sinais de entrada e saída do circuito e
esboce a forma de onda dos dois sinais, destacando as escalas horizontal e vertical.
13. Altere Vref para 2V e observe o novo valor de limitação de tensão de saída.
14. Ligue à saída uma carga de 47kΩ e explique o que ocorre no sinal de saída.
LIMITADOR POSITIVO ATIVO, sem carga
escala horizontal =
______________
escala vertical = _________________
LIMITADOR POSITIVO ATIVO, com carga
escala horizontal =
______________
escala vertical = _________________
_____________________________________________________________________________________________________
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página 45
unesp
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
GRAMPEADOR POSITIVO ATIVO
15. Desligue a alimentação e altere o circuito montado para o circuito do Grampeador Positivo Ativo
esquematizado na figura 4, observe os mesmos cuidados do item 2.
16. Energize o circuito e ajuste o gerador de sinais para uma forma de onda senoidal de 1KHz com
amplitude de 2Vp. (off-set zero)
entrada
+
+12V
4,7 µF
2
7
LM741
3
+
6
saída
4
-12V
Fig. 4 – Circuito Grampeador Positivo Ativo
17. Com o auxílio do osciloscópio, meça simultaneamente os sinais de entrada e saída do circuito e
esboce a forma de onda dos dois sinais, destacando as escalas horizontal e vertical.
18. Com o osciloscópio observe o sinal de saída do amp-op (diretamente no pino 6 do CI). Esboce esta
forma de onda e explique-a.
19. Coloque um resistor de 47kΩ como carga, observe o que ocorre e explique.
GRAMPEADOR POSITIVO ATIVO, sem
carga
escala horizontal =
______________
escala vertical = _________________
GRAMPEADOR POSITIVO ATIVO,
saída no pino 6 do CI
escala horizontal =
______________
escala vertical = _________________
_____________________________________________________________________________________________________
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página 46
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unesp
CIRCUITOS COMPARADORES
1.0 OBJETIVOS
Após completar estas atividades de laboratório, o aluno deverá ser capaz de:
1. Determinar a taxa de inclinação (slew rate) de um Amp-Op.
2. Entender o funcionamento de um simples comparador e de um comparador de janela.
3. Entender como funciona o Disparador Schmitt (Schmitt Trigger) e a obtenção da histerese na curva de
transferência.
2.0 DISCUSSÃO
Frequentemente necessita-se comparar uma tensão com outra para saber qual delas é maior. Tudo o que
se precisa é uma resposta do tipo sim/não. Um comparador é um circuito com duas tensões de entrada
(não-inversora e inversora) e uma tensão de saída. Quando a tensão não-inversora for maior que a tensão
inversora, o comparador produzirá uma tensão de saída alta; quando a entrada não-inversora for menor
que a entrada inversora, a saída será baixa.
Normalmente uma das tensões é a tensão de referência ou limiar; ou seja, é o valor da tensão de entrada
para o qual a saída muda de estado (de baixo para alto, ou vice-versa). A tensão de referência é
conhecida como ponto de desengate, pois toda vez que o sinal a ser comparado passar por este valor,
ocorrerá uma mudança de estado na saída.
Uma limitação do Amp-Op quando usado como comparador é a rapidez, já que a taxa de inclinação (SlewRate) limita a taxa de variação da tensão de saída. Uma maneira de se minimizar o problema é usar um
Amp-Op com um melhor slew rate. O capacitor de compensação do Amp-Op é a causa da taxa de
inclinação e, por isso, existem CI's otimizados para serem comparadores, onde o capacitor de
compensação foi eliminado e o estágio de saída é geralmente em coletor aberto, permitindo ao projetista
definir a compliance desejada.
Um comparador comum indica quando a tensão de entrada excede um certo limite ou limiar, enquanto que
um comparador de janela (ou também chamado detector de limite terminal duplo) detecta quando a tensão
de entrada situa-se entre dois limites.
O Disparador Schmitt (Schmitt Trigger) é utilizado quando o ambiente contiver ruído que possa alterar a
saída para uma entrada próxima de um ponto de desengate. O Schmitt Trigger é um comparador que
utiliza a realimentação positiva, a qual produz um efeito de gerar dois pontos de desengate, um superior e
outro inferior. A diferença entre os dois pontos de desengate é chamada de histerese.
3.0 PROCEDIMENTO
COMPARADOR DE ALIMENTAÇÃO SIMPLES
1. Coloque a placa EB-98 nas guias do bastidor e encaixe o conector.
2. Monte o circuito do Comparador esquematizado na figura 1 utilizando-se do Amp-Op 741 e, para tanto,
observe os seguintes cuidados:
a) Encaixe cuidadosamente o CI no protoboard e se necessário retirá-lo, faça com atenção para
não entortar ou danificar seus terminais;
b) Não se esqueça de ligar a alimentação do CI, deixando para energizar a MB-U apenas quando
tiver terminado a montagem e conferido todas as ligações;
c) O sinal de entrada será aplicado a partir do gerador de sinais usando-se o cabo BNC-jacaré.
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+12V
entrada
+12V
100Ω
3
7
+
LM741
2 _
4
100k Ω
saída
6
Vref
100k Ω
Fig. 1 – Comparador de Alimentação Simples
3. Energize o circuito.
4. Calcule a tensão de referência teórica e anote na tabela abaixo. Anote também o valor da tensão de
alimentação e o valor prático encontrado para a tensão de referência.
+12V
Vref (teórico)
Vref (prático)
Fig. 2 – Tensões de alimentação e de referência
5. Aplique na entrada um sinal triangular com f=100Hz e com amplitude suficiente para observar o
funcionamento do comparador.
Obs.: Como o circuito tem alimentação simples, o sinal de entrada deve ser todo positivo.
6. Com o osciloscópio, meça simultaneamente os sinais de entrada e saída. Esboce as formas de onda na
Figura 3, destacando as escalas horizontal e vertical. Verifique e anote o valor da tensão de desengate.
Tensão de Desengate = _______________
escala vertical (ch1) ____________
escala vertical (ch2) _____________
escala horizontal ______________
Fig. 3 – Funcionamento do comparador simples
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7. Altere a entrada para uma onda quadrada de 10 kHz com amplitude de 6Vp, off-set de 6V. Expanda ao
máximo as escalas do osciloscópio com o objetivo de medir a inclinação de subida.
8. Calcule e anote o valor do slew rate no sinal de saída.
SR = _______________ V / µs
COMPARADOR DE JANELA
9. Desligue a alimentação e altere o circuito montado para o circuito do Comparador de Janela
esquematizado na figura 4. Observe que agora a alimentação é simétrica. Observe os mesmos cuidados
de montagem do item 2.
+12V
51k Ω
100k Ω
+12V
D1
entrada
D2
3
7
+
LM741
2
-
6
saída
4
-12V
+12V
100k Ω
33k Ω
Fig. 4 – Comparador de Janela
10. Energize o circuito e ajuste o gerador de sinais para uma forma de onda triangular de 200Hz com
amplitude de 10Vp, off-set zero.
11. Com o auxílio do osciloscópio, meça simultaneamente os sinais de entrada e saída do circuito e
esboce a forma de onda dos dois sinais na Figura 6, destacando as escalas horizontal e vertical.
12. Determine os pontos de desengate inferior e superior medidos e anote-os. Calcule os valores teóricos
esperados e compares com os valores medidos.
UTP (teórico)
LTP (teórico)
UTP (prático)
LTP (prático)
Fig. 5 – Tensões de desengate teóricas e práticas
13. Diminua a amplitude da onda triangular e compare com o sinal de saída.
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COMPARADOR DE JANELA
escala vertical (CH1) = ______________
escala vertical (CH2) = ______________
escala horizontal = ________________
Fig. 6 – Funcionamento do Comparador de Janela
Responda:
O que ocorreu com o sinal de saída alterando-se a amplitude do sinal de entrada ?
Observando apenas o sinal de saída, que pode ser aferido sobre o sinal de entrada ?
DISPARADOR SCHMITT TRIGGER
14. Desligue a alimentação e altere o circuito montado para o circuito do Schmitt Trigger esquematizado
na figura 7. Observe os mesmos cuidados do item 2.
15. Energize o circuito e ajuste o gerador de sinais para uma forma de onda triangular de 200Hz com
amplitude de 20Vp-p, off-set zero.
+12V
entrada
100 Ω
2
3
7
+
6
saída
4
-12V
Vref
100k Ω
33kΩ
Fig. 7 – Schmitt Trigger
16. Com o osciloscópio, meça simultaneamente os sinais de entrada e saída do circuito e esboce a forma
de onda dos dois sinais, destacando as escalas horizontal e vertical.
17. Mude o modo do osciloscópio para X-Y e esboce a figura observada na tela.
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18. Acrescente um resistor de 51kΩ entre a fonte de +12 V e o pino 3 do Amp-Op.
19. Repita os itens 16 e 17.
Schmitt Trigger
Schmitt Trigger - modo XY
escala vertical (ch1) ____________________
escala vertical (Y) ____________________
escala vertical (ch2) ____________________
escala horizontal (X) ___________________
escala horizontal __________________
Responda:
Que figura aparece quando colocamos no modo X-Y nos dois casos? Há diferença entre elas?
O que ocorre com o sinal de saída quando acrescentamos o resistor ? Por que ?
Obs.: Faça os cálculos dos valores teóricos de UTP e LTP para o Schmitt Trigger para poder analisar os
resultados práticos encontrados. Meça os valores de tensão de saturação positiva e negativa e utilize-os
para justificar diferenças entre os valores práticos e teóricos.
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