UNIFEI/IESTI: LABORATÓRIO DE CIRCUITOS ELÉTRICOS E ELETRÔNICA ANALÓGICA
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PPI – PROVA PRÁTICA INDIVIDUAL
PPI – PROVA PRÁTICA INDIVIDUAL
inadequada a medição feita pelo
osciloscópio digital pode apresentar um
erro superior a 100%. Compare o
resultado da medição feita pelo
osciloscópio digital nas duas escalas
5V/DIV-DC e 100mV/DIV- AC.
Objetivos
1. Ler a questão com atenção.
2. Reconhecer e identificar os componentes
eletrônicos (resistor, capacitor e diodo
retificador)
3. Montar o protótipo em protoboard.
8. O valor eficaz total AC+DC é obtido pelo
osciloscópio digital no acoplamento DC.
Compare com resultado obtido pelo
multímetro com acoplamento AC
4. Verificar o domínio na operação dos
instrumentos (Osciloscópio, Gerador de
Funções, Multímetros).
5. Verificar a qualidade das medições.
VO RMS(ac+dc) = Vdc2 + Vac2
6. Verificar a capacidade de análise dos
resultados.
PPi-1A Avaliação
Medições
Desenhos
Tempo de execução
Organização
9. Para onda triangular sem componente DC,
o valor eficaz é
7. Trabalhar com a bancada (e banquetas)
limpa e organizada.
Vrms =
Vpp
2 3
Compare este resultado com o valor medido
pelo voltímetro True RMS com acoplamento
AC na escala ACV.
Recomendações para PPi-1
1. Leia a questão com muita atenção. Alguns
detalhes da questão serão alterados.
2. Sempre que possível utilize o cana1 para o
sinal de entrada e o canal 2 para o sinal de
saída (CH1=Vi e CH2=Vo).
40
25
25
10
100
Tempo de execução: 30 + 25 minutos
(perde um ponto por minuto adicional)
Ajustar o gerador de funções conforme o
oscilograma abaixo e medir o valor médio
(Ave), valor eficaz ac (rms-ac) e o valor
pico a pico (p-p) da tensão de entrada Vi e
de saída Vo.
Desenhar a forma de onda de vo(t) nos
dois oscilogramas na escala indicada
mantendo a mesma posição horizontal.
ATENÇÃO:
1) O osciloscópio digital AGILENT
DSO3062A apresenta erros na medição do
Valor Médio (AVG) e no Valor Eficaz
(RMS) para onda quadrada com ciclo de
trabalho diferente de d=0,5. Conferir os
resultados com multímetros True RMS.
3. Sempre que possível utilize o acoplamento
DC (seletor AC-GND-DC)
4. Se necessário desloque a posição vertical,
ou seja, mude a posição 0V.
5. O sincronismo deve ser feito pelo sinal de
maior amplitude, neste caso CH1=Vi
(Trigger Source = CH1). Desta forma o
sinal de CH2 será mantida na mesma
posição horizontal relativa exigida na
etapa seguinte.
R=200kΩ
+
Vi
−
C
200nF
+
Tensão
Vo
−
2) Multímetros do tipo “Average Sensing”
apresentam erros sistemáticos na escala
AC para ondas NÃO senoidais.
6. Para medir a ondulação pico a pico com
mais precisão mude o acoplamento de
CH2 para AC (seletor AC-GND-DC) e
mude a escala V/DIV. O sinal (~) indica
acoplamento AC.
7. Observe que no osciloscópio digital a
medição de Vpp é mais precisa nesta
escala V/DIV menor, coerente com a
medição visual. Na escala de V/DIV
1
2
Ave
Vi
0
Vo
0
rms (ac)
4,899
0,173
RMS (ac+dc)
4,899
0,173
p-p
10
0,600
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PPi-1B Avaliação
Medições
Desenhos
Tempo de execução
Organização
Trig:CH1 Slope+
0V
CH1:5V/DIV
CH2:5V/DIV
H:2mSEC/DIV
Trig:CH1 Slope+
0V
CH1:5V/DIV
CH2:~200mV/DIV
Vo
4
Tensão
Ave
Vi
4
rms (ac)
4
RMS (ac+dc)
p-p
Tensão
H:2mSEC/DIV
Ave
Vi
2,5
Vo
2,5
0,115
rms (ac)
7,5
0,270
5,657
4,001
RMS (ac+dc)
7,905
2,515
10
0,400
p-p
15
0,935
Vi pico a pico
Vi off-set
f
C
R
14
+1
1,5
100
100
V
Vdc
kHz
nF
kΩ
Vo (av) dc
Vo (rms) ac
Vo (RMS) ac+dc
Vo-ripple(pp)
7,236
0,127
7,241
0,440
V
40
25
25
10
100
Tempo de execução: 30 minutos
+ 25 minutos (perde 1 ponto/minuto)
Desenhar as formas de onda de vi(t) e vo(t)
utilizando a escala que proporcione a
observação entre um e dois ciclos e a
maior amplitude de onda na tela do
osciloscópio. Indicar as escalas utilizadas.
Vi(t) e Vo(t)
Desenhar a forma de onda utilizada para
medição mais precisa da tensão de
ondulação pico a pico, mantendo a mesma
posição horizontal da figura acima. Medir
o valor pico a pico.
DC
0V
Medir o valor médio e eficaz da tensão de
saída utilizando multímetro digital e/ou
osciloscópio digital.
CH1: 2V/DIV CH2: 2 V/DIV
Vi
1N4148
H: 0.1 mSEC/DIV
Vo
Vo(t) AC
C
R
0V
Vo (av)...Valor médio
Vo rms...Valor eficaz da componente ac
Vo (RMS)..Valor eficaz total (ac+dc)
Vo-ripple (pp)..Ondulação pico a pico
3
CH1: 2V/DIV
4
CH2: ~ 100mV/DIV
H: 0.1 mSEC/DIV
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PPI – PROVA PRÁTICA INDIVIDUAL
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tensão no capacitor está atrasada 90º em
relação a esta mesma corrente, as duas
tensões estarão defasadas 180º.
Recomendações para PPi-2(RLC)
1. Estudar os Anexos
- Como medir ângulo de fase.
φC=φI – 90o
- Como medir constante de tempo.
φL=φI + 90o
2. A disposição dos componentes,
principalmente a posição do resistor no
circuito, permite a observação simultânea
da tensão da fonte E(CH1) e da corrente
I=VR/R (CH2)
13.Medir a tensão no Capacitor (CH1) e no
Indutor (CH2). Desloque a onda
verticalmente e horizontalmente para
utilizar o reticulado com subdivisões.
Mude as escalas V/DIV e SEC/DIV se
necessário.
3. Ligar GND do osciloscópio ao GND do
circuito
14. As formas de onda de C e L apresentadas
nos oscilogramas da página seguinte estão
na posição correta em relação à E e R pois
foram obtidas pelo programa PSpice.
Observe que a defasagem entre as tensões
no capacitor e no indutor em relação à
corrente (R) é 90º. O pico da tensão C e L
ocorrem no cruzamento de zero da
corrente (R). Durante o ensaio esta ondas
estarão deslocadas devido ao comando
TRIGGER SOURCE=CH1.
4. Ligar CH1 no ponto A (E)
5. Ligar CH2 no ponto C (VR)
6. Ajustar os comandos do osciloscópio,
todos na posição CAL - calibrado
2V/DIV,
0,5mSEC/DIV
TRIGGER:CH1, SLOPE+,
VERTICAL POSITION
HORIZONTAL POSITION
7. Ajustar a amplitude do gerador de funções
em 10Vpp.
15.Para poder observar a defasagem entre a
tensão no indutor(L) e a fonte E, devemos
inverter a posição do indutor no circuito.
Troque a posição de L com o resistor R.
8. Medir a amplitude de CH2=VR.
9. Medir a defasagem entre E e VR. Cuidado
com o sinal
16.Idem para o capacitor C.
17.Se você mudar a posição de CH2, para
posição B, com o GND do osciloscópio no
GND do circuito,você estará observando a
forma de onda de VR+VL e não de VL
Adiantado (+)
Atrasado (-)
10.Mudar o GND do osciloscópio para o
ponto B, entre o capacitor e o indutor.
• Atenção: este comando só é possível se o
GND do Gerador de Funções estiver
ISOLADO.
PPi-2 Avaliação
Organização
Tempo de execução
Desenhos
Medições
Tempo de execução: 30 + 25 minutos
(perde um ponto por minuto)
Medir a tensão no resistor, capacitor e
indutor (módulo e fase) e calcular o valor
da corrente.
Desenhar o diagrama fasorial de E= VR +VL
+ VC.
R
1 kΩ
Ω
(CH1) C
A
+ VC −
+
E
-
C
100 nF
L
B
L
27 mH
(CH2)
C
+ VL −
+
VR
R
-
GND
freq
E
VR
VC
VL
I
11.Observe que as duas ondas estão em fase.
Isso porque estamos observando a tensão
invertida no indutor.
15
25
20
40
100
1,5 kHz
6 kHz
módulo fase módulo fase
10
0o
10
0o
7,8
+39o
8
- 37o
o
8,26 -51
2,1 - 127o
2
+129o 8,1 + 53o
7,8mA +39o
8mA - 37o
CH1=(+)VC
CH2=(-)VL
12.Uma vez que a tensão no indutor está
adiantada 90º em relação à corrente e a
5
6
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PPI – PROVA PRÁTICA INDIVIDUAL
PPI – PROVA PRÁTICA INDIVIDUAL
Recomendações para PPi-3 (PNP)
Dois pontos desta reta de carga DC são
Estudar o Roteiro 6 – Amplificadores com BJT
(VCE; IC) = (VCC; 0) e (0; VCC/RDC)
PPi – 3: Avaliação
3. Medir VCE, deve estar entre 1/3 e 2/3 de Vcc.
Para corrente alternada, os capacitores se
comportam como curto-circuito alterando o valor
da resistência do circuito e conseqüentemente a
inclinação da reta de carga AC.
4. Ligar o gerador de funções através do
capacitor eletrolítico Ci. Atenção na
polaridade deste capacitor.
O ponto comum entre estas duas retas de
carga é o ponto de operação quiescente, (VCE(Q),
IC(Q)).
1. Montar o circuito de polarização.
2. Ligar a fonte de alimentação Vcc.
5. Faça uma análise cuidadosa para determinar
a polaridade dos capacitores eletrolíticos.
Dois pontos da reta de carga AC são
Montagem/organização
10
Tempo de execução
20
Retas de carga
30
Medições
40
R c = R C //R L
RE2
1k
RB
300k
VCC
16V
VCEQ
6V
ICQ
2,5mA
AV1
-3
AV2
1
Tempo de execução: 40 minutos + 20
minutos (perde 1 ponto/minuto)
Medir o ponto de operação do transistor
Medir o ganho de tensão VO1/Vi e VO2/Vi
Desenhar as retas de carga DC e AC
(X=2V/DIV; Y=1mA/DIV)
IC-sat
ac
R ac = R c + R e
7. Ajustar a amplitude de Vi até não ocorrer
ceifamento na tensão de saída. A tensão no
coletor do transistor deve estar com
polaridade invertida. A inversão de fase é um
bom indicio que o amplificador está
funcionando.
RE
1k
R
(0; (IC(Q)+VCE(Q) / Rac))
RL
3k
100
(VCE(Q)+ Rac.IC(Q)); 0)
6. Observar a tensão Vi (CH1: 5V/DIV, DC) e a
tensão no coletor Vc (CH2: 5V/DIV, DC).
RC
3k
ICC
Q=6V;2,5mA
R e = resistencias AC do emissor
RD
Rc e Re são resistências equivalentes
conectadas externamente ao transistor enquanto
que re, é uma resistência interna ao transistor.
8. Ajustar a frequência de forma que não exista
defasagem. Com o osciloscópio no modo X-Y
a função de transferência deve ser uma reta.
VCE (2V/DIV)
A amplitude da tensão na carga RL é a mesma
do terminal do transistor onde ela está conectada.
9. Desligar a fonte de alimentação Vcc e
completar o circuito.
10. Ligar a fonte de alimentação Vcc. Se
necessário reajustar a amplitude de Vi para
evitar a distorção.
VCC 16 V
=
= 4 mA
R DC
4k
Rc
⋅ Vce(pp)
R ac
ICC =
Ve(pp) =
Re
⋅ Vce(pp)
R ac
R ac = R c + R e = 1.5 k+ 0.5 k = 2 k
R c = R C //R L = 3k// 3k = 1.5 k
R e = R E //R E 2 = 1k//1k = 0.5 k
12. Mudar CH2 para observar Vo2. Este sinal
deve estar em fase e ter a mesma amplitude do
sinal de entrada.
IC-sat = ICQ +
BC547 N
BC557 P
IC-sat
ac
VCEQ(ot) =
C
B
E
E
B
C
ICQ(ot) =
Q=6V;2,5mA
VCC = VCE + R DC .IC
RD
C
VCE = VCC - R DC .IC
VCE (2V/DIV) VCE-cut
7
R ac
= 2.5 mA+
6V
= 5.5 mA
2k
Rac
2k
VCC =
16 = 5.333V
R ac + R DC
2 k+ 4 k
VCC
16
=
= 2.666 mA
R ac + R DC 2 k+ 4 k
Vc
− Rc
−1.5 k
=
≅
≅ −3
,
Vb Re+ re 0.5 k+10
IC = (VCC - VCE ) /R DC
R DC = R C + R E
VCQ
VCE-cut = VCEQ + R ac .ICQ = 6 + 2 k .2,5 mA = 11V
2N3904 N
2N3906 P
R
ICC
VCC
R DC = R C + R E = 3k+1k = 4 k
IC (1mA/DIV)
A reta de carga DC é definida pela fonte VCC e
pelas resistências DC do coletor e do emissor,
VCE-cut
Vc(pp) =
11. Medir as tensões (p-p) e calcular o ganho de
tensão.
RETA DE CARGA DC E AC
C
Ve
≅1
Vb
VCC
8
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PPI – PROVA PRÁTICA INDIVIDUAL
PPi – 3: Avaliação
Montagem/organização
Tempo de execução
10
RC
3k
RL
3k
RE
1k
RE2
1k
RB
300k
20
VCC
VCEQ
ICQ
AV1
AV2
18
-6V
-3mA
-3
1
Retas de carga
30
Medições
40
PPi – 3: Avaliação
Montagem/organização
10
RC
3k
Tempo de execução
20
VCC
VCEQ
ICQ
AV1
AV2
12
-4V
-2mA
-3
1
Retas de carga
30
Medições
40
100
ICC
E
B
ICC =
R ac = R c + R e = 1.5 k+ 0.5 k = 2 k
R c = R C //R L = 3k// 3k = 1.5 k
R c = R C //R L = 3k// 3k = 1.5 k
R e = R E //R E 2 = 1k//1k = 0.5 k
R e = R E //R E 2 = 1k//1k = 0.5 k
VC E Q
R ac
= 3mA+
6V
= 6 mA
2k
VCE-cut = VCEQ + R ac .ICQ = 6 + 2 k .3mA = 12 V
C
VCC 12 V
=
= 3mA
R DC
4k
R ac = R c + R e = 1.5 k+ 0.5 k = 2 k
IC-sat = ICQ +
2N3904 N
2N3906 P
E
RB
300k
R DC = R C + R E = 3k+1k = 4 k
V
18 V
= CC =
= 4,5 mA
R DC
4k
VCEQ(ot) =
B
RE2
1k
Tempo de execução: 40 minutos + 20
minutos (perde 1 ponto/minuto)
Medir o ponto de operação do transistor
Medir o ganho de tensão VO1/Vi e VO2/Vi
Desenhar as retas de carga DC e AC
(1V/DIV; 0,5mA/DIV).
R DC = R C + R E = 3k+1k = 4 k
C
RE
1k
100
Tempo de execução: 40 minutos + 20
minutos (perde 1 ponto/minuto)
Medir o ponto de operação do transistor
Medir o ganho de tensão VO1/Vi e VO2/Vi
Desenhar as retas de carga DC e AC
(1V/DIV; 0,5mA/DIV).
BC547 N
BC557 P
RL
3k
ICQ(ot) =
BC547 N
BC557 P
IC-sat = ICQ +
2N3904 N
2N3906 P
VCEQ(ot) =
C
B
E
E
B
R ac
= 2 mA+
4V
= 4 mA
2k
VCE-cut = VCEQ + R ac .ICQ = 4 V+ 2 k .2 mA = 8 V
Rac
2k
VCC =
18 = 6 V
R ac + R DC
2 k+ 4 k
VCC
18 V
=
= 3mA
R ac + R DC 2 k+ 4 k
VCEQ
C
ICQ(ot) =
Rac
2k
VCC =
12 = 4 V
R ac + R DC
2 k+ 4 k
VCC
12 V
=
= 2 mA
R ac + R DC 2 k+ 4 k
Vc
− Rc
−1.5 k
=
≅
≅ −3
Vb Re+ re, 0.5 k+10
Vc
− Rc
−1.5 k
=
≅
≅ −3
Vb Re+ re, 0.5 k+10
Ve
≅1
Vb
Ve
≅1
Vb
Kazuo Nakashima
Itajubá, MG, novembro de 2014
9
10