UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA JÚLIO DE MESQUITA FILHO Campus Universitário de Bauru FACULDADE DE ENGENHARIA www.feb.unesp.br Prof. Dr. Alceu Ferreira Alves 2015 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA unesp LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA II PROGRAMAÇÃO DE AULAS – 1º SEMESTRE 2015 Horários das Aulas Turma 2318EE12 Terças-feiras 14h às 16h Lab. 33 Prof. Alceu sem data Atividades Programadas 01 05/05 Apresentação do Programa, Critérios de Avaliação, Informações Gerais (esta aula não será computada para efeito de avaliação) 02 12/05 Laboratório 01 – Amplificador Classe A 03 19/05 Laboratório 02 – Amplificador Classe B – Parte I 04 26/05 Laboratório 03 – Amplificador Classe B – Parte II 05 02/06 Laboratório 04 – Amplificador Classe C 06 09/06 Laboratório 05 – Efeitos de Frequência 07 16/06 Laboratório 06 – Resposta em Frequência de Amplificadores 08 23/06 1ª Prova de Laboratório (PL1) – frequência e matéria referentes às aulas ministradas nas semanas de 02 a 07 (Labs. 01 a 06) 09 30/06 Laboratório 07 – Amplificador Diferencial 10 07/07 Laboratório 08 – Circ. Inversor e Circ. Não-Inversor de Tensão com Amp-Op 11 14/07 Laboratório 09 – Filtros Ativos 12 21/07 Laboratório 10 – Circuito Somador de Tensão 13 28/07 Laboratório 11 – Circuitos Não Lineares usando Amp-Op 14 04/08 Laboratório 12 – Circuitos Comparadores 15 11/08 2ª Prova de Laboratório (PL2) – frequência e matéria referentes às aulas ministradas nas semanas de 09 a 14 (Labs. 07 a 12) 16 18/08 Prática Substitutiva (*) 17 25/08 3ª Prova de Laboratório (PL3) – toda a matéria - Aula de Recuperação – Lab. 33 – data e horário a combinar 01/09 Prova de Recuperação – Lab. 33 – horário a combinar (*) Aos alunos que perderam alguma prática sem justificativa. _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página i DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA 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 aluno 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 2015, em branco) para realização dos experimentos, sem a qual o aluno poderá ser impedido de fazer a prática; • O atraso máximo permitido aos alunos será 10 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. _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página ii unesp DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA 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. _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página iii DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA unesp INFORMAÇÕES GERAIS A – MODO DE EXPERIÊNCIA Antes de dar início a cada sessão de laboratório, o aluno deve preparar o PU-2000 para operação, seguindo os passos descritos abaixo: PASSO PRESSIONE VISOR COMENTÁRIOS 1 2 815 PC1 815 3 4 * 017 PC2 017 5 * EB-111 6 * Id1 7 8 (número) * (número) Id2 9 10 (número) * (número) Id3 11 12 13 (número) * 1 (número) Fn Fn1 14 15 * * E.00 E.01 Primeira parte do código da placa Entre com os 3 primeiro dígitos do código da placa Segunda parte do código da placa Entre com os 3 últimos dígitos do código da placa Confirmação da placa a ser utilizada, piscando EB-111 alternadamente Entre com os 3 primeiros dígitos do número de matrícula (000) Três primeiros dígitos Entre com os 3 dígitos seguintes do número de matrícula Três dígitos seguintes Entre com os 3 últimos dígitos do número de matrícula Três últimos dígitos Seleção de Função Seleção de Função ( 1 indica Modo de Experiência) Indicador de Experiência no valor inicial Incremente o Indicador de Experiências Obs: O indicador de experiências pode ser incrementado digitando-se "∗" e decrementado digitando-se "0"; vá até o monitor do professor e confirme se seu cadastro está correto e se sua sessão foi inicializada. B – MODO DE PRÁTICA Para dar início ao modo de prática, o aluno deve seguir os passos descritos abaixo: PASSO PRESSIONE VISOR COMENTÁRIOS 1 2 3 4 5 # 2 * 2 * "1" "2" Fn Fn2 P.00 6 "X" P.0"X" Termina o Modo de Experiência Selecione uma nova função Seleção de Função Selecione o Modo de Prática Você está no Modo de Prática Selecione o código de falha. Um "X" pisca por um curto período de tempo indicando que uma falha foi selecionada _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página iv DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA unesp C – RETORNO AO MODO DE EXPERIÊNCIA Para voltar ao modo de experiência, siga os passos descritos abaixo: PASSO PRESSIONE VISOR COMENTÁRIOS 1 2 3 * 1 * Fn Fn1 E.0"X" 4 * E.0"X"+1 Seleção de Função Retorno ao modo de Experiência Indicador do número da última experiência selecionada Incrementa-se o contador de experiência D - PARA ENCERRAR A SESSÃO DE LABORATÓRIO Para encerrar a sessão de laboratório, siga os passos descritos abaixo: PASSO PRESSIONE VISOR COMENTÁRIOS 1 2 3 # 3 * "1" "3" PCI Termina o Modo de Experiências Modo de Finalização Encerra a sessão _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página v DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA 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. _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página 1 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA unesp +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). _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página 2 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA unesp 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. _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página 3 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA unesp 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) _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página 4 unesp DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA 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. _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página 5 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA unesp 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. _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página 6 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA unesp PS-1 = 9V 3,9KΩ TI TI P 31 P 32 4,7µ 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 _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página 7 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA unesp 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 um dos 2 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. _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página 8 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA 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. _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página 9 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA unesp 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. _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página 10 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA 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. _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página 11 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA 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 _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página 12 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA 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. _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página 13 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA unesp 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) ________________ _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página 14 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA unesp 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 _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página 15 unesp DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA 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 _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página 16 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA unesp 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. Ajuste o gerador de sinais para uma tensão senoidal de 100kHz e 2Vp-p, sem offset. 100nF ~ 2Vpp 1kΩ osciloscópio (canal 2) osciloscópio (canal 1) Fig. 1 – Rede de Avanço 4. 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 para os valores indicados na mesma tabela e anote os resultados. _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página 17 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA unesp OBS: A amplitude da tensão de entrada varia com a variação da frequência; corrija, se necessário. f [Hz] 100K 10K 5K 4K 3K 2,5K 2K 1,8K 1,5K 1,2K 1K 500 250 125 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 _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página 18 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA unesp 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 de 500Hz e 2Vp-p, sem offset. 1kΩ ~ 2Vpp 100nF osciloscópio (canal 2) osciloscópio (canal 1) Fig. 4 – Rede de Atraso 9. Com o auxílio do osciloscópio, meça simultaneamente os sinais de entrada e saída do circuito e anote os resultados na tabela da figura 5. Varie a frequência para os valores indicados na mesma tabela e anote os resultados. OBS: A amplitude da tensão de entrada varia com a variação da frequência; corrija, se necessário. f [Hz] 500 1K 1,2K 1,5K 1,8K 2K 2,5K 3K 4K 5K 10K 20K 50K 100K 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 _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página 19 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA unesp 10. Apresente a curva de resposta em frequência da Rede de Atraso no gráfico monolog da figura 6. 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. _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página 20 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA unesp 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 para os valores indicados na mesma tabela e anote os resultados. OBS.: Para que os resultados sejam confiáveis e tenham qualidade, utilize sempre o osciloscópio nas escalas adequadas. Para medidas de frequência, utilize o osciloscópio. _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página 21 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA unesp PS -1 1 0kΩ 3, 3kΩ 2 ,2µF + E B C VCE(máx) = 40V 4,7 µF VCB(máx) = 75V + 2N2 222 A PD(máx) = 0,5W 1,5kΩ Vin IC(máx) = 0,8A hfe = 150 fT = 300MHz ~ CC’ = 8pF + 2,2kΩ Ce’ = 25pF 10 µF 1 kΩ 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] 100 200 400 500 600 700 800 900 1,1K 1,3K 1,5K 3K 10K 100K 250K 400K Vin [mVp-p] Vout [mVp-p] Ganho Ganho em dB f [Hz] Vin [mVp-p] Vout [mVp-p] Ganho Ganho em dB _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página 22 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA unesp f [Hz] 500K 600K 700K 800K 850K 900K 950K 1M 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? _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página 23 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA unesp 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 _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página 24 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA unesp 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. _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página 25 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA unesp 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? _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página 26 unesp DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA 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. _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página 27 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA unesp 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? _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página 28 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: _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página 29 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA unesp 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. _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página 30 unesp DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA 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( saí da )CL = _____________ Comente o que foi observado com relação à tensão de off-set de saída em ambos os casos. _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página 31 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA unesp 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? _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página 32 unesp DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA AMPLIFICADOR INVERSOR escala vertical (ch1) = _________ escala vertical (ch2) = _________ escala horizontal = _____________ ganho prático = __________________ Fig. 6 – Ganho CA do Amplificador Inversor _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página 33 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA 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. _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página 34 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA 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. _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página 35 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA 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. _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página 36 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA 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 _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página 37 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA unesp 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. _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página 38 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA 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. _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página 39 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA 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! _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página 40 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA 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 _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página 41 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA 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. _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página 42 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA 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. _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página 43 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA 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 ? _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 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 = _________________ _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 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 = _________________ _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página 46 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA 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. _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página 47 unesp DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA +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 _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página 48 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA unesp 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. _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página 49 unesp DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA 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. _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página 50 unesp DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA 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 escala vertical (ch1) ____________________ escala vertical (ch2) ____________________ Schmitt Trigger - modo XY escala vertical (Y) ____________________ 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. _____________________________________________________________________________________________________ Laboratório de Eletrônica II – Prof. Alceu Ferreira Alves – 2015 página 51
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