Turmas: 3A ELT 3B ELT

CURSO INTEGRADO

3º ANO

Turmas: 3A ELT / 3B ELT

APOSTILA DE MEDIDAS

APOSTILA DE TELECOMUNICAÇÕES

APOSTILA DE SISTEMAS DIGITAIS

ALUNO: _______________________________________________ TURMA: _______ Tel. de contato em caso de perda da apostila: _______________

CEFET-RJ: Av. Maracanã, 229 _– bloco B / 3º andar Rio de Janeiro - RJ 20271-110 / Brasil Telefone: 2566 3153 / 2566 3197

Adriano Martins Moutinho

Alberto Jorge Silva de Lima

André de Souza Mendes

Aridio Schiappacassa de Paiva

Carlos Alberto Gouvêa Coelho

Edgar Monteiro da Silva

Eduardo Henrique Gregory Pacheco Dantas

Igor Vital Rodrigues

José Carlos Andrades

José Fernandes Pereira

José Mauro Kocher

Marcos de Castro Pinto

Mauro da Silva Alvarez

Milton Simas Gonçalves Torres

Paulo César Bittencourt

Paulo José Monteiro da Cunha

Péricles Freire dos Santos

Roberto Augusto Freitas Dias

Rui Márcio Carneiro Arruda

Sahid Almeida

Coordenador do Curso: Marcos de Castro Pinto

2

PREFÁCIO

Bem-vindos a mais um ano de desenvolvimento e ensino tecnológico na área de eletrônica!

Esta apostila é o resultado da elaboração de roteiros de práticas desenvolvidas pelos professores do curso ao longo dos últimos anos. Seu objetivo é auxiliar nas atividades práticas de laboratório do ensino de eletrônica do CTE (Curso Técnico de Eletrônica) do CEFET/RJ, complementando o ensino das aulas teóricas.

O seu bom uso pelo aluno para preparação das atividades práticas, bem como para as subsequentes avaliações, consiste em: uma leitura prévia, registro dos resultados nos locais indicados (e/ou uso de um caderno), além de anotações adicionais que cada um julgar ser necessário. Isso implica um uso essencial da apostila durantes as aulas, caso deseje um bom rendimento.

Contudo, não constitui o único meio de auxílio nas atividades práticas do curso nem tão pouco um trilho a ser seguido sem possiblidade de alteração de rumo. Trata-se de um orientador de atividades.

Por tratar-se de um instrumento de auxílio nas práticas, a sua constante atualização é parte do processo de ensino da eletrônica e toda sugestão ou crítica é bem-vinda.

Esta apostila pode ser copiada e usada livremente, resguardado seu direito autoral e a propriedade do CEFET/RJ que deve ser sempre mencionada.

Aprecie sem moderação!

3

Sumário

APOSTILA DE MEDIDAS 6

1ª PRÁTICA e 2ª PRÁTICAS 7

Amplificadores a FET 7

3ª e 4ª PRÁTICAS 9

Amplificador Emissor-Comum Realimentado 9

5ª PRÁTICA 12

Oscilador Phase Shift 12

6ª PRÁTICA 16

Amplificador Diferencial com Transistor 16

7ª PRÁTICA 20

Comparadores com Amplificador Operacional 20

8ª PRÁTICA 23

Amplificador Operacional como Inversor, Não-Inversor e Buffer 23

9ª PRÁTICA 26

Amplificador Operacional como Somador e Subtrator (Amplificador Diferencial) 26

10ª PRÁTICA 29

Filtro Ativo Passa-Baixas 29

11ª PRÁTICA 32

Circuitos Integrador e Diferenciador com Amplificador Operacional 32

12ª PRÁTICA 37

Multivibrador Astável e Monoestável com Integrado NE555 37

13ª PRÁTICA 41

Disparador Schimitt 41

14ª PRÁTICA 48

Oscilador em Ponte de Wien 48

15ª PRÁTICA 51

Filtro Ativo Passa-Faixa 51

16ª PRÁTICA 54

Oscilador Dente de Serra com UJT 54

APOSTILA DE SISTEMAS DE TELECOMUNICAÇÕES 57

4 Medidas em Sinais de Telecomunicações – Osciloscópio Digital e Ponta de Prova 58

2ª PRÁTICA 72

Medidas em Sinais de Telecomunicações – Gerador de RF 72

3ª PRÁTICA 78

Medidas em sinais de telecomunicações - Revisão do uso do Osciloscópio e do Gerador de Sinais 78

4ª PRÁTICA 79

Medidas em Sinais de Telecomunicações – Analisador de Espectro 79

5ª PRÁTICA 84

Receptor Super-Heteródino – 1ª parte 84

6ª PRÁTICA 90

Receptor Super-Heteródino – 2ª parte 90

7ª PRÁTICA 95

Receptor Super-Heteródino – Revisão 95

8ª e 9ª PRÁTICAS 96

Modulação PPM e PWM com o CI 555 96

10ª e 11ª PRÁTICAS 101

Transmissor FM 101

12ª PRÁTICA 105

Osciladores LC Transistorizados COLPITS E HARTLEY 105

13ª PRÁTICA 110

Oscilador a Cristal 110

SISTEMAS DIGITAIS 112

INTRODUÇÃO 113

Primeira Parte _– Introdução à Linguagem de Programação 113

1ª PRÁTICA 116

Introdução à Linguagem C 116

2ª PRÁTICA 120

Uso dos Números 120

3ª PRÁTICA 127

Controles de Fluxo e Decisão 127

Tarefas 131

5

Controles de Fluxo – Loop Finito 132

5ª PRÁTICA 135

Controles de Fluxo – Loop infinito 135

6ª PRÁTICA 138

Uso de Caracteres 138

7ª PRÁTICA 142

Vetores 142

8ª PRÁTICA 148

Ponteiros 148

Segunda Parte _– Introdução ao ARDUINO 152

1ª PRÁTICA 152

Programação do Arduino 152

2ª PRÁTICA 157

Arduino e Blink 157

3ª PRÁTICA 160

Arduino com Botões e LEDs 160

4ª PRÁTICA 162

Arduino como Porta Serial USB 162

5ª PRÁTICA 165

Arduino com Display LCD HD44780 16X2 165

6ª PRÁTICA 168

Sensor de temperatura e umidade RHT03 ou DHT33 168

7ª PRÁTICA 171

Voltímetro _– Entradas analógicas 171

8ª PRÁTICA 174

Placa Ethernet W5100 174

9ª PRÁTICA 179

6

7

1ª PRÁTICA e 2ª PRÁTICAS

Amplificadores a FET

OBJETIVOS

 Identificar as configurações básicas dos circuitos com FET.

 Montar os circuitos propostos, correspondentes às configurações básicas do FET.  Medir níveis de tensão em estruturas de entrada e saída.

 Calcular ganhos de tensão.

 Verificar desvios angulares entre sinais de entrada e saída.

INTRODUÇÃO

As configurações básicas de um Transistor a Efeito de Campo são escolhidas para implementação dos circuitos, de acordo com diferenciações de impedância (para maior eficiência nos acoplamentos) e ganhos de tensão (relação entre níveis de tensão de entrada e de saída).

O FET pode ser configurado em três formas diferentes, como no quadro adiante. O terminal dreno é tipicamente um ponto de saída e o terminal gate (porta) um ponto de entrada, o que se dá na configuração Fonte Comum, a mais usual. Não existe possibilidade do gate ser o terminal de saída, bem como do dreno ser o de entrada, em nenhuma configuração.

Características das configurações básicas do FET (quadro comparativo)

Circuito Impedância _{de entrada} Impedância _{de saída} Ganho de _tensão Defasagem entre os sinais de entrada e saída Fonte

Comum Elevada Média Médio _{(fase invertida)} 180°

Gate

Comum Baixa Média Médio 0° (em fase)

Dreno

Comum Elevada Baixa Unitário 0° (em fase)

PROCEDIMENTO

1- Monte o circuito Fonte Comum

RD = 4,7 k RG = 1 M RS = 1,2 k

8 FET = BF245 ou MPF102

2 - Aplique um sinal senoidal, com 1 kHz. Ajuste-o para Vo máximo, sem distorção. 3 - Meça: Vi = ______ V Vo= ______V AV = _______ AVdB = _______dB

4 - Faça a verificação do ângulo de fase, entre os sinais de entrada e saída.  = ___ 5 - Retire o capacitor de fonte (CS) e repita os itens (2), (3), (4).

Vi = _____ V Vo= _____V AV = ______ AVdB = _____dB  = _____

6 - Monte o circuito Dreno Comum RG1 = 1 M

RG2 = 220 k

RS = 4,7 k

CIN = 0,047 µF

COUT =0,047 µF

FET = BF245 ou MPF102

7 - Repita os itens (2), (3), (4).

Vi = _____ V Vo= _____V AV = _____ AVdB = _____dB  = _____

8 - Preencha o quadrado comparativo sobre os itens (5) e (7).

Fonte Comum Dreno Comum

AV

AVdB

9

3ª e 4ª PRÁTICAS

Amplificador Emissor-Comum Realimentado

OBJETIVOS

 Medir o ganho de tensão com dois níveis de realimentação.

 Medir as impedâncias de entrada e saída com dois níveis de realimentação.  Determinar a resposta de freqüência com dois níveis de realimentação.  Comparar os resultados obtidos nos dois casos.

INTRODUÇÃO

Observando-se o circuito a seguir, verifica-se que Re é composto de dois

resistores em série (Re1 e Re2), que sob aspecto DC constituem polarização de

emissor (Re1 + Re2). Determinam, junto com Rc, o ponto de operação estático e

fornecem estabilização térmica e paramétrica do circuito.

Sob o ponto de vista AC, Re1 constitui uma realimentação negativa série de

corrente, dando ao circuito as seguintes características:

 redução do ganho, acarretando aumento na banda passante e redução de distorção;

 sensível aumento de ZIN, o que facilita o acoplamento entre circuitos;

 independência do ganho do circuito em relação aos parâmetros do transistor. Esta característica é bastante importante, tendo em vista possíveis trocas de transistores (manutenção), sem que o ganho sofra mudanças significativas.

CIRCUITO

LISTA DE COMPONENTES

Rb1 = 330 k Rc = 2,2 k C1 e C2 = 22 µF Q1 = BC548

Rb2 = 100 k Re1 e Re2 = 560  C3 = 47 µF

Transistor

10

PROCEDIMENTOS

1) Monte o circuito e chame o professor para conferir.

2) Meça o ponto de operação e verifique se o amplificador opera na região ativa.

VCE = ________ VRc = ________ VRe1 = ________ VRe2 = _________

Ic = ___________ Ie = ___________

3) Aplique um sinal senoidal de 1 kHz, para o máximo de amplitude na saída, sem distorção.

4) Meça os sinais de entrada e de saída. Calcule o ganho de tensão. VIN = __________ V VO = __________ V

AV = (Vo / Vin) = __________ AVdB = 20 log AV = __________ dB

5) Calcule a relação RC = __________

Re1

6) Compare o valor obtido de AV do item (4) com o resultado do item (5).

(4) ---- AV = ________ (5) ---- RC = ________

Re1

7) Meça as impedâncias de entrada e saída. Zin = ________ Zo = _________

8) Repita os itens 2, 3, 4 e 7 retirando o capacitor de emissor (C3).

VCE = ________ VRc = ________ VRe1 = ________ VRe2 = ________

Ic = ___________ Ie = ___________

VIN = __________ V VO = __________ V

AV = (Vo / Vin) = __________ AVdB = 20 log AV = __________ dB

Zin = ___________ Zo = ___________

11 Re1 + Re2

10) Compare o valor obtido de AV do item (8) com o resultado do item (9).

(8) --- Av = ________ (9) --- RC = __________

Re1 + Re2

11) Determine as freqüências de corte inferior e superior e a largura da banda passante (BW), com o capacitor de emissor (C3) ligado e sem ele.

Com C3 --- fb = _________ fa = _________ BW = __________

Sem C3 --- fb = _________ fa = _________ BW = __________

12

5ª PRÁTICA

Oscilador Phase Shift

OBJETIVOS

 Medir o ponto de operação do circuito, verificando se está adequado à função.  Observar as formas de onda na rede de realimentação.

 Medir a função de transferência da rede.  Medir a freqüência de oscilação.

 Avaliar o desempenho do circuito com a alteração do ganho de tensão.

INTRODUÇÃO

O circuito é constituído por um amplificador emissor-comum ao qual se acrescenta uma malha RC de realimentação (figura 1). A tensão da base aparece no coletor amplificada e com fase invertida. Parte da tensão de coletor retorna à base pela estrutura RC, a qual produz outra inversão de fase (60° em cada célula RC = 180°). Assim, a realimentação é positiva (180° + 180°= 360° ou 0°) e produz oscilação.

Figura 1: Malha de defasagem.

Frequência de oscilação - A tensão de base, ao ser amplificada pelo EC, sofre uma inversão de fase. Para uma única freqüência, esse deslocamento é de 180º, de maneira que o deslocamento total é nulo (ou de 360º). Em outras palavras, dizemos que a fase de  é nula e que a realimentação é positiva para esta frequência, que é determinada pela expressão:

Condição de módulo - Além de fase nula, o produto  deve ter módulo maior que 1. Tal condição é satisfeita quando atende à relação:

13

CIRCUITO

Figura 2

LISTA DE COMPONENTES

C1, C2, C3 = 0,47 F

CE = 22 F

Três capacitores de 2,2 nF.

R1, R2, R3 = 680 

RB1 = 330 k

RB2 = 100 k

RC = 2,2 k

RE = 1 k

RS = 2,2 k

Q1 = BC548

PROCEDIMENTO

1) Com S1 aberta e S2em 1, coloque o gerador em ―A‖.

2) Varie a freqüência do gerador e meça em qual freqüência (fm) a malha RC

proporciona uma defasagem de 180º _{no ponto ―E‖.} 3) Tire o gerador do ponto A.

4) Calcule a freqüência em que o oscilador deverá oscilar. fo = __________

5) Com S1 aberta, S2 em 1 e S3 fechada, meça o P.O.E.

VCE = ___________________ IC = _____________________

VRc = ___________________ VRe = ____________________

14 6) Ligue a estrutura de realimentação ao circuito (feche S1, coloque S2 em 2 e feche S).

7) Meça a freqüência de oscilação do circuito no ponto B (coletor). f(medida ) = ________________________

8) Compare os valores de ―f‖ obtidos nos itens 2, 4 e 7.

2  fm = __________________________

4  f (calc.) = ______________________ 7  f (med.) = ______________________

9) Observe e anote as formas de onda nos pontos B, C, D e E fazendo a correspondência no tempo:

(B)

(C)

(D)

15 (E)

10) Coloque capacitores de 2,2 nF em paralelo com cada um dos capacitores da malha RC. Repita os ítens 4 e 8.

f (calc.) = ____________________ f (med.) = ____________________

11) Verifique a condição de módulo. O circuito oscilará com um transistor de hfe = 49?

12) Qual deve ser o valor dos capacitores, para uma frequência de oscilação de 10 kHz?

16

6ª PRÁTICA

Amplificador Diferencial com Transistor

OBJETIVOS

 Ajustar a polarização dos estágios de modo a equilibrá-los.

 Calcular o ganho de tensão em modo diferencial e em "modo comum".  Medir a relação de rejeição de modo comum (CMRR).

 Medir as impedâncias de entrada e saída.  Determinar a banda passante do circuito.

INTRODUÇÃO

No passado, a maior parte das aplicações dos amplificadores diferenciais concentrava-se nas áreas de instrumentação eletrônica e amplificadores de radiofrequência. Atualmente, além dessas, a de maior relevância é a dos amplificadores operacionais, tendo em vista que sua célula básica é um diferencial.

O uso de fonte de corrente aumentou consideravelmente a rejeição a sinais idênticos nas duas entradas (rejeição de modo comum).

O amplificador diferencial ideal apresenta ganho elevado para sinais simétricos nas entradas e ganho zero para sinais iguais. EO = Ad (eI1– eI2)

Fig. 1

MATERIAL UTILIZADO

Componentes Instrumentos

2 resistores de 6,8 k Fonte de alimentação simétrica 2 resistores de 100 k Gerador de sinais

2 resistores de 10 k Osciloscópio duplo-traço 1 resistor de 3,3 k Multímetro digital

1 trimpot de 470  Proto board

17

CIRCUITO

T1 = T2 = T3 = BC 548

Fig. 2

PROCEDIMENTO

1) Monte o circuito da figura 2, colocando o trimpot no centro da excursão do eixo. 2) Ligue a alimentação e meça a tensão de coletor (para a massa) de T1 e T2, ajustando o trimpot até que as tensões se igualem. Verifique o equilíbrio medindo a tensão entre os coletores de T1 e T2, que deverá ser nula (zero volt).

VC T1 =  VC T2 = 

3) Aplique um sinal senoidal à entrada 1 (Vi1) com 100 mVef, 1kHz, e meça as

tensões VO1 e e VO2 (também em valor eficaz), fazendo VI2 = 0 (use um fio para a

massa no lugar de VI2).

VO1 =  VO2 = 

4) Repita o item anterior para entrada VI2, fazendo VI1 = 0.

VO1 =  VO2 = 

5) Aplique um sinal senoidal simultaneamente a ambas as entradas (VI1 = VI2)

com 100 mVef, 1kHz, e meça as tensões VO1 e e VO2 (também em valor eficaz).

18 6) Cálculo do ganho em "modo diferencial" (Ad).

Ad = VO / (VI1 - VI2) ou VO = Ad x (VI1 - VI2)

Assumindo como saída principal a tomada de VO2, calcule:

A1 = VO1 / VI1 = VO2 / 100 mV (VO2 do item 3, no qual VI2 = 0) A1 = ________

A2 = VO2 / VI2 = VO2 / 100 mV (VO2 do item 4, no qual VI1 = 0) A2 = ________

Ad = 1 / 2 ( A1 - A2 ) = ganho diferencial Ad = ________

7) Cálculo do ganho em "modo comum" (Ac).

Tendo ainda VO2 como tomada de saída principal, calcule:

Ac = VO2 / (VI1 = VI2 ) = VO2 / 100mV (VO2 do item 5) Ac = ________

8) Cálculo da "relação de rejeição de modo comum" (RRMC ou CMRR):

RRMC = Ad / Ac (Ad do item 6 e Ac do item 7) RRMC = ________ Obs.: Se VO2 foi tomada como saída principal, A1 é positivo (não inverte a

fase) e A2 negativo (inverte a fase).

9) Impedância de entrada.

Coloque um resistor de 100 k em série com a entrada (VI1 ou VI2).

Ajuste a tensão do gerador (VS) de modo que a tensão de saída volte ao valor

anterior à colocação do resistor; neste caso, a tensão de entrada do circuito é a mesma VI anterior. Meça a nova tensão VS e calcule a impedância Zi1 ou Zi2,

segundo as equações a seguir.

Fig. 4

ZI1 = ________ ZI2 = ________

VS - VI

IIN = 

100 k VI

ZI = 

19 10) Impedância de saída.

Aplique um sinal senoidal (100 mVef, 1kHz) em VI1 ou VI2. Meça a saída

VO1 ou VO2, uma de cada vez, sem carga. Em seguida, coloque um potenciômetro na

saída e ajuste de modo que a tensão de saída caia à metade da tensão sem carga. A resistência do potenciômetro, medida com o multímetro, será igual a ZO

(impedância de saída).

Fig. 5 Fig. 6

ZO1 = ________ ZO2 = ________

11) Banda passante.

Com VI1 igual a 100mV, 1kHz, meça a saída VO2. Aumente a

frequência do gerador até encontrar na saída o valor de 70,7% da tensão na faixa média (1kHz). Repita para baixa frequência.

f C I = _______ f C S = _______ BW = _______

Obs.: As frequências de corte são aquelas em que o ganho cai para 70,7%

da faixa média. Deve-se ter preocupação de medir a entrada sempre que houver mudança de freqüência.

12) Responda:

a) Este é um bom amplificador diferencial? Justifique.

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7ª PRÁTICA

Comparadores com Amplificador Operacional

OBJETIVO

• Analisar o comportamento do Amplificador Operacional como comparador de

tensão.

INTRODUÇÃO

Devido a seu alto ganho, o amplificador operacional faz com que pequenas diferenças entre os sinais de entrada sejam suficientes para levar a saída a seus limites extremos (+V e -V, as tensões de alimentação). Essa característica permite a obtenção de circuitos muito sensíveis, tendo como limitação a sua frequência de operação, que depende do slew rate do amplificador operacional.

MATERIAL UTILIZADO

CIRCUITOS

Componentes Instrumentos

2 resistores de 100 k Fonte de alimentação DC

1 resistor de 1 k Osciloscópio

1 potenciômetro de 10 k Gerador de sinais

1 diodo zener de 4,7 V Multímetro digital

1 diodo zener de 6,3 V Protoboard

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PROCEDIMENTO

1) Monte o circuito da figura 1.

2) Alimente o circuito e ajuste o potenciômetro de forma a fazer com que a saída varie entre +15 V e -15 V. Meça os valores de VA imediatamente antes e

imediatamente depois da transição entre as tensões de +15 V e -15 V. VA inferior___________ VA superior___________

3) Monte o circuito da figura 2.

4) Alimente o circuito. Ajuste o gerador para fornecer um sinal de 1 Vp na frequência de 1 kHz e o aplique na entrada do circuito.

5) Observe as formas de onda de entrada e saída simultaneamente na tela do osciloscópio (canal 1 do osciloscópio na entrada e canal 2 na saída do circuito). Esboce-as a seguir.

6) Anote os valores das tensões de pico positivo e pico negativo da saída do circuito +VP = __________ -VP = ___________

7) Meça os tempos de subida (rise time) e de descida (fall time) do sinal de saída. Para isso, ajuste a base de tempo de modo a ver as inclinações nas bordas de subida e descida do sinal (da ordem de microssegundos), bem como ajuste a escala vertical de modo que o sinal ocupe exatamente a tela toda, caso haja marcas de 10% e 90% nela, ou então de modo que o sinal ocupe exatamente cinco divisões. Meça, então, o tempo que o sinal leva para ir de 10% a 90% da amplitude na subida e de 90% a 10% da amplitude, na descida.

Rise time = ________ Fall time = ________

8) Calcule o slew rate (taxa de variação) do 741, dividindo a variação da tensão de saída pelo tempo de transição (V/s).

22 9) Modifique a tensão de alimentação da fonte para ± 7,5 V e repita os itens 4, 5 e 6.

+VP = __________ -VP = ___________

10) Monte o circuito da figura 3. 11) Repita os itens 4, 5 e 6.

+VP = __________ -VP = ___________

12) Monte o circuito da figura 4. 13) Repita os itens 4, 5 e 6.

23

8ª PRÁTICA

Amplificador Operacional como Inversor,

Não-Inversor e Buffer

OBJETIVOS

 Medir o ganho de tensão das configurações.  Medir as impedâncias de entrada e saída.

 Observar a influência dos resistores de realimentação no ganho de tensão.

INTRODUÇÃO

O Amplificador Operacional (AO ou Op Amp) é um circuito eletrônico disponibilizado na forma chip (circuito integrado monolítico), que possui as seguintes características:

a) Ganho elevado;

b) Impedância de entrada elevada; c) Impedância de saída baixa; d) Resposta de frequência ampla.

As características de impedâncias favorecem a utilização como amplificador de tensão. A realimentação negativa é empregada para controlar as características de ganho. Pode ser implementado em três configurações básicas:

a) Amplificador inversor – o sinal é aplicado na entrada inversora junto com

o sinal realimentado, enquanto a entrada não inversora é conectada à massa, diretamente ou através de um resistor de balanceamento opcional (para redução do erro de off-set).

Av = - Rf / Ri

b) Amplificador não-inversor _– o sinal é aplicado na entrada não-inversora,

enquanto a entrada inversora recebe, por um divisor de tensão, parte da tensão de saída.

Av = (Rf / Ri) + 1

c) Amplificador buffer – possui uma ligação direta entre os terminais da

entrada inversora e da saída. Dessa forma, a realimentação é máxima e o ganho se torna unitário.

MATERIAL UTILIZADO

Componentes Instrumentos

1 resistor de 470  Gerador de sinais

2 resistores de 1 k Osciloscópio duplo-traço 1 resistor de 10 k Multímetro digital

1 resistor de 22 k Fonte de alimentação

1 resistor de 33 k Protoboard

24

CIRCUITOS

Fig. 1: Inversor Fig. 2: Não Inversor Fig. 3: Buffer

DADOS TÉCNICOS

O amplificador operacional 741 é fabricado por diversas empresas, com diferentes identificações, como por exemplo: µA741, pela Texas Instruments; CA741, pela Intersil e LM741, pela National Semiconductors. O 741 é um dos muitos AOs disponíveis e o mais comum.

Seu encapsulamento usual é o dual in line (pinos em linha) em plástico, com oito pinos (4 + 4), como ilustrado a seguir, mas também é possível encontrar o dual in line (DIP) em cerâmica e o cilíndrico, em metal, bem como versões para montagem em superfície (SMD) e com mais de um 741 na mesma peça (com mais pinos, naturalmente).

Fig. 4: Pinagem do Amplificador Operacional 741 Dual in Line, cerâmico ou plástico

25

PROCEDIMENTO

1) Monte o circuito da fig. 1 e aplique tensão DC de alimentação simétrica de +10V e -10 V.

2) Aplique um sinal senoidal na frequência de 1 kHz ao circuito (ei) e ajuste o nível

para obter na saída a máxima amplitude, sem distorção.

3) Meça os níveis de sinais de entrada e saída e determine o ganho de tensão. ei = _______ eo = _______ Av = _______

4) Substitua o resistor de 10 k (Ri) pelos resistores indicados e novamente meça

os sinais de entrada e saída e calcule o ganho de tensão.

Ri = 22 k ei = _______ eo = _______ Av = _______

Ri = 33 k ei = _______ eo = _______ Av = _______

Ri = 47 k ei = _______ eo = _______ Av = _______

5) Faça a verificação do ângulo de fase entre os sinais de entrada e saída:  = -____ 6) Meça a impedância de entrada: Zin = _________

7) Comprove a impedância próxima a zero na saída do circuito, utilizando como carga um resistor de 1 k e, depois, um de 470 . Observe se houve variação da tensão da saída no osciloscópio ao trocá-los.

8) Monte o circuito da figura 2 e repita os itens (2), (3), (4), (5) e (6).

Ri = 10 k ei = _______ eo = _______ Av = _______

Ri = 22 k ei = _______ eo = _______ Av = _______

Ri = 33 k ei = _______ eo = _______ Av = _______

Ri = 47 k ei = _______ eo = _______ Av = _______

 = _______ Zin = _______

9) Monte o circuito da figura 3 e repita os itens (2) e (3).

26

9ª PRÁTICA

Amplificador Operacional como Somador e Subtrator

(Amplificador Diferencial)

OBJETIVOS

 Verificar a ação de soma e subtração dos circuitos.

 Medir o ganho de tensão relativo a cada uma das entradas do somador, separadamente.

 Observar a relação de fase entre o sinal de saída e o das entradas inversora e não inversora no amplificador diferencial.

INTRODUÇÃO

O dispositivo Amplificador Operacional possui essa denominação devido ao fato de permitir operações aritméticas entre sinais aplicados às suas entradas.

Somador

No circuito somador, os sinais são aplicados na entrada inversora, cada um através de um resistor. Este circuito tem por finalidade apresentar na saída uma tensão proporcional à soma algébrica dos sinais de entrada, sendo que o ganho dado a cada sinal de entrada está associado ao resistor dessa entrada.

eo = - [(R4 / R1) ei1 + (R4 / R2) ei2 + (R4 / R3) ei3]

Subtrator

O amplificador subtrator apresenta sinais diferentes aplicados às entradas inversora e não inversora. Este circuito tem por finalidade apresentar na saída uma tensão proporcional à diferença dos sinais aplicados nas entradas. Tal função define o circuito como amplificador diferencial ou amplificador de erro.

eo = [(R3 / R1 + R3) (R2 + R4 / R2) ei2 - (R4 / R2) ei1]

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MATERIAL UTILIZADO

Componentes Instrumentos

2 resistores de cada: 1 k, 10 k Fonte de alimentação 1 resistor de cada: 10 , 33 , 47 , 2,2 k, 4,7 k, 22 k Gerador de sinais 1 circuito integrado A741 Osciloscópio

Protoboard

CIRCUITOS

Fig. 1: Circuito somador Fig. 2: Circuito subtrator Fig. 3: Divisor resistivo

PROCEDIMENTO

1) Monte o circuito da figura 1 e aplique alimentação simétrica de +10 V e -10 V. 2) Aplique um sinal de 1 kHz em cada entrada do somador, uma de cada vez, sem

que o sinal de saída distorça; meça o nível dos sinais e calcule o ganho de tensão individual, por entrada.

Av1= ________ Av2= ________ Av3= ________

3) Ligue as saídas do divisor da figura 3 às entradas do somador da figura 1 e aplique um nível de tensão eS de modo que a tensão de saída eo não sofra

distorção.

4) Meça os valores de e1, e2 e e3: e1 = _____ e2 = _____ e3 = _____

5) Calcule e meça a tensão de saída: eo = _______

6) Monte o circuito da figura 2 e aplique alimentação simétrica de +10 V e -10 V. 7) Aplique um sinal de 1 kHz em cada entrada do subtrator, uma de cada vez, sem

que o sinal de saída distorça; meça o nível dos sinais e calcule o ganho de tensão individual, por entrada.

28 8) Verifique a fase da tensão de saída relativa a cada entrada do subtrator.

1 =____________ 2 =____________

9) Ligue as saídas do divisor da figura 3 às entradas do subtrator da figura 2 e aplique um nível de tensão eS de modo que a tensão de saída eo não sofra

distorção.

29

10ª PRÁTICA

Filtro Ativo Passa-Baixas

OBJETIVOS

 Calcular e medir a frequência de corte do filtro ativo.  Verificar o efeito do ganho na curva de resposta.

INTRODUÇÃO

Os filtros ativos passa-altas e passa-baixas têm como principal aplicação a chamada bi-amplificação ou sistema crossover ativo que, ao invés de utilizar filtros junto aos alto-falantes, faz a divisão de frequências no pré-amplificador e depois aplica cada faixa a um estágio de potência (saída) diferente.

Sistema convencional Bi-amplificação (crossover ativo)

São três as soluções conhecidas para implementar tais filtros e cada uma apresenta uma curva de resposta que leva o nome de seu autor.

A solução normalmente usada é a de Butterworth por ter corte mais abrupto

que a de Bessel e por não ter a ondulação (ripple) da curva de Chebyshev.

O filtro ideal seria aquele que tivesse uma resposta que cortasse completamente os sinais fora da faixa de freqüências desejada, mas isso não é obtido na prática.

Resposta do filtro Passa-baixas ideal Resposta dos filtros Passa-baixas reais

30 Os filtros RC ou RL são de 1ª ordem, isto é, possuem apenas um componente reativo (o capacitor ou o indutor) e, por isso, apresentam uma queda de ganho menos acentuada após a frequência de corte, de 20 dB por década.

A vantagem do filtro ativo é que com um só amplificador operacional e duas redes RC se consegue -40 dB/década na região de atenuação, sem que a resistência de entrada do estágio seguinte afete a frequência de corte.

Exemplo de passa-baixas ativo e suas curvas:

O circuito é basicamente um amplificador não inversor de fase, com o ganho na região da faixa de passagem do sinal determinado por:

Av = 1 + [R2 / R1]

O mesmo circuito, dependendo da combinação dos resistores e dos capacitores do filtro e do ganho do amplificador básico, pode produzir diferentes curvas de resposta.

Dados do Filtro de Butterworth

Av = 1,59; R = R'; C = C'; corte = 1 / [R C] ou fcorte = 1 / [2  R C]

EXPERIÊNCIA

MATERIAL UTILIZADO

COMPONENTES INSTRUMENTOS

31

CIRCUITO

Fig. 1 - Diagrama do Filtro Ativo Passa-Baixas Fig. 2 - Pinagem do CI 741

PROCEDIMENTO

1) Monte o circuito de figura 1.

2) Alimente o circuito e aplique um sinal de 1 Vp na sua entrada.

3) Mantendo constante a amplitude do sinal aplicado, varie a frequência do gerador de modo a localizar a frequência de corte. Compare-a com o valor esperado (calculado) e esboce a curva de resposta em papel semilog.

f c calc =  f c med = 

4) Faça o ganho do amplificador igual a 1 (Bessel), colocando um resistor de 5,6 k

no lugar de 3,3 k. Compare a nova resposta com a anterior.

f c calc =  f c med = 

5) Faça o ganho do amplificador igual a 2,7 (Chebyshev), trocando de lugar os

resistores de 3,3 k e de 5,6 k. Compare a nova resposta com a anterior.

f c calc =  f c med = 

6) Escolha novos valores para os resistores do filtro de modo a obter fcorte de 1 kHz e retornar com o ganho para 1,59 (Butterworth). Verifique com os instrumentos

a fcorte e o ganho obtidos.

32

11ª PRÁTICA

Circuitos Integrador e Diferenciador com Amplificador

Operacional

1ª Parte - CIRCUITO INTEGRADOR

OBJETIVOS

 Ajustar o sinal de entrada dentro dos limites propostos para comportamento do circuito como integrador.

 Comparar a constante de tempo (RC) do circuito com o período e o semiperíodo do sinal de entrada.

 Representar graficamente as formas de onda de entrada e saída no domínio de tempo.

 Modificar a frequência do sinal de entrada e representar graficamente as eventuais modificações ocorridas na saída.

INTRODUÇÃO

O circuito Integrador realiza a operação matemática da integração, uma vez que ele fornece uma tensão de saída proporcional à integração da tensão de entrada. Se for usada uma onda quadrada como tensão de entrada, a forma de onda da saída será uma rampa, que é uma tensão linearmente crescente ou decrescente. A seguir faremos o desenvolvimento de uma expressão para a tensão de saída do Integrador.

Conhecemos a relação entre capacitância, carga e tensão, C = Q / V, onde Q é a carga no capacitor e V a tensão sobre o capacitor.

Se resolvermos a equação em função de V, teremos: V = (1 / C) x Q

Como sabemos, Q é a carga total acumulada no capacitor, que é o resultado da corrente multiplicada pelo tempo de carga no capacitor. A representação matemática empregando a integração é a seguinte: Q =  i dt

Substituindo Q na equação de V, teremos, usando uma tensão instantânea v, a seguinte expressão para a tensão:

v = 1  i dt

C

Analise o circuito apresentado. Supondo o ponto de intersecção entre R1 e R2 como

terra virtual e a corrente i que circula por R1 igual à corrente de carga no capacitor,

vem:

i = vin / R1

Logo, podemos mostrar que a equação da tensão de saída, considerando o capacitor descarregado inicialmente, é:

vo = - 1  i dt

33 OBS: O sinal negativo explica-se porque a tensão vin está aplicada à entrada

inversora do amplificador operacional.

CIRCUITO

COMPONENTES

Obs.: R2 >> R1

PROCEDIMENTOS

1.1 – Ajuste a tensão de entrada em 1 Vpp, usando o gerador de onda quadrada na frequência de 10 kHz.

1.2 – Compare a constante de tempo do circuito (RC) com o período e o semiperíodo da tensão de entrada.

T = ________ Tvin = __________ Tvin / 2 = ________

1.3 – Analise as formas de onda de entrada e saída, indicando as amplitudes, períodos e eventual defasagem; mantenha a devida correspondência no tempo.

1.4 – Altere a frequência da tensão de entrada para 100 kHz. Represente, no gráfico abaixo, as amplitudes, períodos e eventual defasagem.

34

2ª Parte - CIRCUITO DIFERENCIADOR

OBJETIVOS

 Ajustar o sinal de entrada nos limites propostos para o comportamento do circuito como diferenciador.

 Comparar a constante de tempo do circuito (RC) com o período e o semiperíodo do sinal de entrada.

 Representar graficamente as formas de onda de entrada e saída no domínio do tempo.

 Modificar a frequência do sinal de entrada e representar graficamente as eventuais alterações ocorridas na saída.

INTRODUÇÃO

Quando do estudo do Diferenciador RC foi usada uma rede de avanço de fase como a da figura abaixo. Aplicando-se à entrada um sinal retangular, como mostra a forma de onda ao lado esquerdo do circuito, a saída do circuito fornece pulsos positivos e negativos, como em Vo.

Se um Diferenciador RC tiver que fornecer pulsos de curta duração, a constante de tempo (RC) deve ser pelo menos 10 vezes menor que a largura do pulso T.

AMPLIFICADOR OPERACIONAL DIFERENCIADOR

Quando a tensão de entrada varia, o capacitor se carrega ou descarrega. Em razão da elevada Zi do AO, a corrente do capacitor passa através do resistor de

35 A corrente ic depende do valor de Vin e da frequência desse sinal. Analisando

o circuito da página seguinte, podemos escrever:

IC = C x [dvin / dt] e iR = vout / R

Logo, a tensão de saída do circuito é: vout = - R x iR

Como iC = iR em razão da elevada Zi, segue-se: vout = -RC x [dvin / dt]

A equação mostra que a saída do circuito é a derivada do sinal de entrada. Consequentemente, o circuito é conhecido como diferenciador.

CIRCUITO

COMPONENTES

Obs: A resistência em série, com o capacitor impede as oscilações em alta frequência e limita o ganho de tensão de malha fechada em alta frequência .

PROCEDIMENTO

2.1 – Ajuste o sinal de entrada em 1 Vpp , usando gerador de onda quadrada na frequência de 400 Hz.

2.2 – Faça uma análise comparativa entre as constantes de tempo do circuito (RC), o período de tensão de entrada (T) e o semiperíodo da tensão de entrada (T/2).

TRC = _________ T = _________ T/2 = _________

2.3 _– Represente graficamente as formas de onda, em correspondência do tempo, indicando as amplitudes, períodos e defasagens.

2.4 – Altere a frequência da tensão de entrada para o dobro da frequência crítica do circuito.

2.5 – Represente graficamente as formas de onda, em correspondência do tempo, indicando as amplitudes, períodos e defasagens.

36

Formas de onda do item 2.3 Formas de onda do item 2.5

Vi (V) Vi (V)

t t

Vo (V) Vo (V)

37

12ª PRÁTICA

Multivibrador Astável e Monoestável com Integrado

NE555

OBJETIVOS

 Observar as formas de onda nos circuitos.  Calcular e medir o período das formas de onda.

 Alterar a tensão de alimentação do circuito astável e verificar a variação de sua frequência de resposta.

INTRODUÇÃO

O circuito integrado 555 é uma estrutura monolítica que apresenta as seguintes características:

- Compatível com as famílias TTL e CMOS; - Alimentação entre 3 V e 15 V;

- Nível de corrente de saída elevado (200 mA); - Resposta de tempo 1s a 1 hora.

Possui, como aplicação prática, a implementação de multivibradores, que po-dem ser utilizados nas funções de sincronismo e temporização.

Utilização do 555 como Multivibrador Astável

O circuito astável é capaz de gerar pulsos pela interligação dos terminais denominados sensor de nível (pino 6) e disparador (pino 2) a um circuito RC que tende a se carregar com Vcc, como se vê nas figuras a seguir.

A carga de C é por (RA + RB) e sua descarga se dá por RB.

Figura 2:Forma de onda no capacitor

Figura 1: Circuito Astável com 555

38 O tempo em que a forma de onda permanece no nível alto, correspondente à carga do capacitor, é chamado tH, e tempo em que a forma de onda permanece no

nível baixo, correspondente à descarga do capacitor, é chamado tL.

Assim, o período do sinal de saída é dado por: T = tH + tL

onde: tH = 0,7 x (RA + RB) x C e tL = 0,7 x RB x C

Logo, T = [0,7 x (RA + RB) x C] + [0,7 x RB x C]

 T = 0,7 x ( RA + 2RB) x C

Consequentemente, como f = 1 / T  f= 1 / [0,7 x ( RA + 2RB) x C]

O capacitor no pino 5 (C1) deve ser usado em ambientes onde haja fortes interferências eletromagnéticas, evitando introduzir ruído no divisor de tensão de referencia, interno ao circuito integrado 555 e formado por três resistores de 5 k em série. Os fabricantes recomendam capacitores com valores entre 10nF e 100nF, de disco cerâmico, que apresentam baixa resistência série e baixa indutância série.

Utilização do 555 como Multivibrador Monoestável

O circuito Monoestável apresenta como característica a produção de um único pulso de saída, a partir de um pulso de entrada. A duração do pulso de saída depende dos componentes usados.

Diferente do circuito anterior, este necessita da aplicação de pulsos de disparo para mudar de estado, porém sempre volta ao seu estado original, em que a saída permanece estável, daí sua denominação. Já o anterior não tem um estado estável, daí ser chamado de não-estável, já que o prefixo a indica negação.

O período neste circuito é dado por: T = 1,1 x RC

Figura 2: Circuito e formas de onda do multivibrador Monoestável.

39

COMPONENTES

Resistores: 470 , 1,8 k, 10 k (x2), 150 k, 180 k Capacitores: 1 nF, 8 nF, 50 nF, 4,7 F e 47 F

LED CI 555

CIRCUITOS

Figura 3: Multivibrador Astável Figura 4: Multivibrador Monoestável

PROCEDIMENTO

1) Monte o circuito Multivibrador Astável com o 555, seguindo o diagrama da Figura 3. 2) Observe as formas de onda no capacitor (pino 2) e na saída (pino 3), medindo o

nível de tensão em cada uma, com auxílio do osciloscópio. Anote a seguir.

Sinal no capacitor

Sinal de saída

40 4) Meça a frequência correspondente a esse período: fmedida = _____ (para Vcc = 5V)

5) Modifique o valor de Vcc e observe as variações na frequência do sinal produzido. Vcc = 3 V  fmedida = _______

Vcc = 8 V  fmedida = _______

Vcc = 12 V  fmedida = _______

6) Substitua o capacitor no pino 2 por um de 4,7 F. Calcule a nova frequência de oscilação. Observe visualmente essa frequência através do piscar do LED.

7) Monte o multivibrador Monoestável com o 555, seguindo o diagrama da Figura 4. 8) Observe, a cada disparo, as formas de onda no terminal de disparo, no capacitor

e na saída, medindo o nível de tensão em cada uma, com auxílio do osciloscópio. Anote.

Sinal no terminal de disparo

Sinal no capacitor

Sinal de saída

9) Calcule e meça o período do sinal de saída:

10) Modifique o valor de Vcc e observe as variações no período do sinal produzido. Vcc = 3 V  Tmedido = _______

Vcc = 8 V  Tmedido = _______

41

13ª PRÁTICA

Disparador Schimitt

OBJETIVOS

 Representar graficamente as formas de onda observadas no circuito, comparando-as no tempo.

 Medir a frequência de oscilação do circuito para cada condição proposta.  Modificar o circuito proposto para que possa funcionar como um temporizador.  Observar a limitação de frequência do circuito.

 Verificar se o circuito comporta-se como um VCO.

INTRODUÇÃO

O disparador Schimitt é um comparador regenerativo, isto é, uma parcela do sinal de saída obtida por um divisor de tensão realimenta positivamente o circuito ao ser aplicada à entrada não inversora. Assim, quando a saída estiver saturada positivamente, parte dessa tensão realimentará a entrada não inversora, obrigando o circuito a permanecer no mesmo estado. Da mesma forma, uma saída negativa será reforçada pela realimentação positiva.

vf = ± vo . R2 ou vf = ± R2 . vo

R1 + R2 R1 + R2

Podemos, então, determinar a expressão para o ganho da malha de realimentação (f):

f = vf = R2

vo R1 + R2

42 Se considerarmos agora um sinal de entrada, este, ao passar por um valor igual à tensão de referência, acarretará brusca mudança da tensão de saída, de +Vsat para _–Vsat ou vice-versa, conforme o caso.

Logo:

vi > vf (vi é positiva em relação a vf)  vo = –Vsat

vi > vf (vi é negativa em relação a vf)  vo = +Vsat

Característica de transferência

A figura acima pode mais facilmente ser entendida com o seu desmembramento, conforme é mostrado a seguir:

a) Variação positiva de vi: quando vi se torna maior do

que vf, vo vai para –Vsat, o que obriga a tensão de

referência a assumir -vf.

b) Variação negativa de vi: quando vi se torna menor do

que vf, vo vai para +Vsat, o que obriga a tensão de

referência a assumir +vf.

A diferença entre +vf e -vf é denominada histerese.

43 O amplificador operacional utilizado como comparador de tensão, associado ao circuito integrador, passa a ter comportamento de oscilador.

Circuito Forma de onda na saída Forma de onda em C1

Em relação ao circuito:

 R3 é responsável por uma realimentação degenerativa (funcionamento normal

do amplificador).

 R2 e R1 formam um divisor de tensão responsável pela amostragem (vf) e

tornam o funcionamento do oscilador regenerativo.

Análise da realimentação série de tensão (regenerativa):

i = vo , vf = i . R2  vf = vo . R2 = vo . R2

R1 + R2 R1 + R2 R1 + R2

vf =    = R2 e fo = 1

vo R1 + R2 (R3 + R5) . C1 . ln 1 - 

1 +  Esse oscilador deve oscilar entre 10 Hz e 10 kHz.

Em frequências altas, o comportamento é limitado pelos parâmetros slew rate

(taxa de variação de tensão) e hold time (tempo de atraso), que é o tempo necessário para que o operacional saia da saturação, passe pela região ativa e retorne à região de saturação.

44

Análise do comparador de tensão

Curva de transferência de um amplificador operacional em comportamento comparador.

Características de transferência do Comparador de Tensão.

Analisando o ganho do amplificador cuja entrada é a não inversora. 0 vo +

vo vo R1 R2

Ad =  Ad = onde v2 =

vd v2 - v3 1 1

+ R1 R2

vo

vo R2 vo . R1

= . vs vo = . vs

Ad R1 + R2 R1 + R2

R1. R2

1 R1 vo . R1

vo ( – ) = – vs = vs

Ad R1 + R2 R1 + R2

vo 1 R1 + R2

Avs = = =

vs R1 R1

45 Configuração Astável

1 f = T

Escolha de C

TH = R . C . ln [ ( R1+ R2 ) / R ] TL = R . C . ln [ ( R1+ R2 ) / R ]

Configuração Monoastável

Circuito Básico Ex. de circuito prático Formas de onda de Vo e em C OBS: Na prática colocar o diodo em paralelo com o capacitor (use C = 1000 F).

46

CIRCUITO

R1 = 100 k R2 = 10 k R3 = 220 k R4 = 10 k (potenciômetro) R5 = 100 k (potenciômetro) R6 = 68 k R7 = 10  (potenciômetro) Ci = 470 F C = .05 µF

CI = 741 D1= D2= D3 = 1N4004

PROCEDIMENTO

1. Posicione o potenciômetro R4 na região média. Verifique as formas de onda nos pontos 2, 3 e 6. Faça o gráfico comparativo.

(2) (3) (6)

2. Meça a frequência livre de oscilação na situação atual: f = ________

3. Meça a frequência livre de oscilação nas situações extremas:

47 4. Altere o capacitor Ci para três valores distintos e determine as respectivas

frequências de oscilação.

1º) C1= f =

2º) C2= f=

3º) C3= f=

5. Modifique o circuito para comportar-se como um temporizador. Troque o valor do capacitor Ci para 0.05 F e verifique se o circuito ainda oscila. Feche a chave S e, variando o valor do potenciômetro R7, meça a frequência de oscilação. O circuito comporta-se como um VCO?

f =

Obs.: 1ª) Circuito Astável

TH = ( R3 + R5 ) C . ln [ ( R1 + R2 ) / R1 ] TL = ( R4 + R5 ) C . ln [ ( R1 + R2 ) / R1 ] 2ª) Circuito Monoestável

48

14ª PRÁTICA

Oscilador em Ponte de Wien

OBJETIVOS

 Medir a frequência de oscilação (fos).

 Medir o ganho do amplificador e o ganho de malha, na frequência de oscilação.  Medir a relação de fase entre saída e entrada da rede de realimentação e do

amplificador, na frequência de oscilação.

INTRODUÇÃO

Em todo oscilador senoidal o sinal de saída retorna à entrada em fase com o sinal ali presente (defasagem de zero grau), caracterizando-se a realimentação positiva. Assim, parte do sinal de saída é aplicada à entrada de modo que reforce a ele mesmo, o que provoca crescente elevação na saída, até o amplificador atingir o nível máximo possível. A partir daí, a carga dos capacitores se estabiliza e a tensão realimentada começa a diminuir. Tal diminuição provoca uma queda na tensão de saída do amplificador e a ação de diminuir é realimentada, reduzindo, cada vez mais, a tensão de saída até atingir o valor máximo no sentido oposto. Dessa forma são gerados os semiciclos positivos e negativos.

O Oscilador em Ponte de Wien é um oscilador senoidal, em que a realimentação a zero grau somente se dá em uma determinada frequência.

Determinação da frequência de oscilação:

Fig. 1 - Rede de realimentação.

Uma inspeção na figura 1 mostra que a seção Z1 tende a causar um avanço de fase de Vf em relação a Vo, enquanto que a seção Z2 tende a causar um atraso de

fase de Vf em relação a Vo. Deve então existir uma frequência (fos) na qual o avanço de

fase em Z1 seja exatamente cancelado pelo atraso de fase em Z2.

Devemos verificar as condições de oscilação, isto é, determinar a frequência em que a realimentação ocorre a zero grau e, ainda, a atenuação imposta pela rede de realimentação, que nos permitirá conhecer o ganho mínimo do amplificador que satisfaça a relação f x Av = 1.

Chamemos: Z1 = R _– j 1 e Z2 = 1

49 R

ou 1 = 1 + j .  C Z2 R

Temos que: Vf = Vo . Z2 = Vo . 1

Z1 + Z2 1 + Z1 Z2

Z1 = Z1 1 = ( R – j 1 ) x ( 1 + j  C ) = Z2 Z2  C R

= R + j .  R C – j . 1 – (–1)  C = R  R C  C

= 2 + j . (  R C – 1 ) = 2 + j . (  R C – 1 )  R C  R C

Sendo: Vf = Vo 1 temos : Vf = Vo 1

1 + Z1 1 + ( 2 + j  R C – 1 ) Z2  R C

Vf = Vo . 1

3 + j (  R C _– 1 )  R C

Primeira condição de oscilação: defasagem zero (realimentação positiva).

Em um número imaginário, para que a fase seja zero, basta considerar a parte imaginária igual a zero. Temos, portanto, que:

j (  R C _– 1 ) = 0, o que significa que:  R C _– 1 = 0.  R C

Logo:  R C = 1, onde  = 1 e fos = 1

RC 2



Segunda condição de oscilação: o ganho do amplificador vezes a atenuação

da rede de realimentação vale 1, na freqüência de oscilação; isto é, na fos  AV . f = 1.

Logo, Vf / Vo = 1/ (3 + j . 0 ) onde, f = Vf / Vo = 1/3 (ganho da rede de

realimentação).

50

CIRCUITO

O circuito a seguir faz com que o ganho seja ligeiramente menor do que 3, se a tensão sobre os diodos Zener ultrapassar 3,9 V + 0,6 V. Isto evita a saturação, produzindo um sinal senoidal sem distorção.

Fig. 2 _– Circuito oscilador em Ponte de Wien Fig. 3 _– Características de transferência

PROCEDIMENTO

1- Meça a frequência de oscilação e compare com o valor calculado. Observe a linearidade do sinal.

fos calculada = fos medida = _________

2- Passe a chave S para a posição B, à qual você deve ligar um gerador de sinais senoidais, ajustando para a mesma frequência do oscilador.

3- Determine o ganho da rede de realimentação (Vo / Vf ) e o ganho do operacional.

Verifique a condição f . Av.

Av = Vo = f . Av =

Vf

4- Ainda com a chave em B, varie a frequência do gerador de sinal em torno do valor de oscilação do circuito e analise o efeito em f . Av e na fase.

51

15ª PRÁTICA

Filtro Ativo Passa-Faixa

OBJETIVOS

 Calcular as características do filtro ativo.  Medir a freqüência central.

 Determinar o ganho de tensão na freqüência central.  Determinar as freqüências de corte do filtro.

 Comparar os valores calculados com os medidos.

 Verificar a influência, no filtro, da variação do resistor R2.

INTRODUÇÃO

Os filtros ativos são circuitos que apresentam a característica de seleção de freqüências, a partir da utilização de dispositivos ativos (amplificador operacional).

Em circuitos de RF (radiofrequência) isto não é exatamente um problema, bastando utilizar um circuito ressonante LC. Nesta ordem de frequências, tais circuitos são exequíveis a baixo custo. Em circuitos de audiofrequência (AF), equalizadores de resposta, por exemplo, não é prática a utilização de circuitos LC, devido aos valores, principalmente dos indutores. Altos valores e tamanho, além do custo, levaram a uma solução usando-se amplificador operacional com circuito RC.

a ) Cálculos dos Componentes:

A partir das características, calculam-se os componentes. Dados: Ao (ganho na frequência central)

52 C1 = C2 são escolhidos não muito baixos para que a capacitância da montagem não tenha muito efeito.

Q o = _fo_ o = 2  . fo

BW

R1 =_____Q_____ R = _______1_______

Ao . o . C1 o2 . R3 . C1 . C2

R3 = ____Q______ onde: Ceq = __C1. C2___ o . Ceq C1 + C2

R2 = __R1. R__ R1 - R Exemplo:

Ao = 50 ( 34 dB ) Calculando, teremos: fo = 160 Hz Qo = 10

BW ( -3 dB ) = 16 Hz o = 1000 rad/s

R1 = 2 k C1 e C2 = .1 F ( é escolhido ) R3 = 200 k

R = 500  R2 = 667  b) Cálculo das características do circuito:

A partir do valor dos componentes calculam-se as características. Exemplo: C1 = C2 = 10 nF

R1 = 2,2 k R2 = 680  R3 = 220 k

R = ____R1. R2____ R1 + R2

Qo = o . R3 . Ceq Ao = ____Qo____

o . R1 . C1

R = ________ o = ———— Qo = ———— Ao = ————

MATERIAL UTILIZADO

COMPONENTES INSTRUMENTOS

1 RESISTOR DE 2,2k GERADOR DE SINAIS

1 RESISTOR DE 680 VOLTÍMETRO DE ÁUDIO

1 RESISTOR DE 220k FONTE DE ALIMENTAÇÃO

2 CAPACITORES DE 10nF MULTÍMETRO DIGITAL

53

CIRCUITO

R1 = 2k2 R2 = 680 R3 = 220k C1 = C2 = 10nF P = 1k

Fig. 2

PROCEDIMENTO

1) Monte o circuito da figura 2 e calcule as características (S1 na posição 1).

R = —————— o = ——————

Qo = —————— Ao = ——————

2) Meça a frequência central da banda passante. fo = _———— 3) Meça o ganho nessa frequência.

Ao = —————— Ao ( dB ) = ——————

4) Alterando a frequência acima e abaixo de fo, determine as frequências de corte.

f c i = —————— f c s = ——————

5) Calcule a banda passante. f o

Q = —————— BW = ——————

BW

6) Compare os valores medidos com os calculados (leve em conta o erro no valor dos componentes, principalmente os capacitores).

MEDIDO CALCULADO

fo Ao BW

7) Coloque um trimpot de 1 k em série com R2 e a massa (colocar S1 na posição 2). 8) Observe o efeito da variação do trimpot na fo e BW.

54

16ª PRÁTICA

Oscilador Dente de Serra com UJT

OBJETIVOS

 Observar as formas de onda no circuito.

 Calcular e medir a frequência de oscilação do circuito.  Observar a influência de Vcc na frequência de oscilação.

INTRODUÇÃO

O UJT é um transistor com características não-lineares adequadas à geração de pulsos de controle e formas de onda do tipo dente-de-serra, não possuindo características amplificadoras acentuadas, mas apresentando boa estabilidade quanto à variação de temperatura e é quase imune aos efeitos da radiação.

Fig. 1: Construção Fig. 2: Circuito Equivalente Fig. 3: Símbolo

Esse componente é construído partindo-se de uma barra de semicondutor tipo N levemente dopada (apresenta resistência de 5 k a 10 k). Próximo ao centro faz-se uma difusão de impurezas aceitadoras construindo-se, desta forma, uma região P e, consequentemente, a junção PN, conforme ilustrado na fig. 1.

A partir do circuito equivalente mostrado na fig. 2, podem-se estabelecer as equações de funcionamento do UJT.

Imaginemos que inicialmente IE = 0. Logo, a queda de tensão em RB1 será:

Vbb . Rb1 Vb1 =

(Rb1 + Rb2)

Logo, o potencial de emissor será Ve = Vd + Vb1, onde Vd é o potencial entre a placa e o catodo do diodo e Vb1 pode ser expresso como Vb1 = n . Vbb, onde ―n‖

55 Vemos que para o UJT disparar é necessário que o diodo seja polarizado diretamente, o que ocorrerá ao aplicar uma tensão de emissor V mais positiva que Vds + nVbb, onde Vds é a tensão de saturação da junção (0,7 V para o Si).

fig. 4: Curva característica do UJT fig. 5: Circuito oscilador

A fig. 4 nos mostra que entre os pontos Iv e Vv - respectivamente corrente de vale e tensão de vale - e Ip e Vp, o transistor apresenta uma região de resistência negativa dentro da qual poderá funcionar como um oscilador.

COMPONENTES

R= 100 k R= 220 k R= 470  R= 47  POT= 100 k POT= 1 k C= 100 nF UJT= 2646

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PROCEDIMENTO

 Observe a forma de onda no emissor (S em 1), na base 1 e na base 2, fazendo a correspondência no tempo.

Emissor Base 1

Base 2

 Determine a freqüência do sinal no emissor e compare-a com o valor dado por:

1 f =

1 R3 . C . Ln ( )

1 - n

OBS.: Esta relação está precisa para valores de R1 e R2 na faixa de dezenas de ohms.

f (calc) = f (med) =

 Variando o valor da fonte de tensão, observe sua influência em f.

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1ª PRÁTICA

Medidas em Sinais de Telecomunicações

–

Osciloscópio Digital e Ponta de Prova

OBJETIVOS

 Identificar os controles do osciloscópio com suas respectivas funções.  Ajustar um osciloscópio digital.

 Medir sinais com o osciloscópio digital.

 Identificar uma ponta de prova atenuada de osciloscópio.

 Utilizar adequadamente uma ponta de prova atenuada de osciloscópio.  Descrever a atuação de um atenuador compensado.

 Realizar a compensação de uma ponta de prova de osciloscópio.

INTRODUÇÃO TEÓRICA

1. A transmissão de sinais a distância

A palavra telecomunicações tem o sentido de uma comunicação realizada à distância, na qual os vários tipos de informações que podem fazer parte do processo (textos, sons, imagens, dados de computador etc.) são convertidos em sinais elétricos ou em sinais ópticos. Quando os sinais estão em perfeita correspondência a uma outra grandeza física, assumindo uma infinidade de valores (sinais contínuos), tem-se um sinal analógico. Quando os sinais são codificados na forma de níveis discretos (tipicamente, um sinal binário), tem-se um sinal digital. A figura 1.1 mostra um sistema básico de telecomunicações:

Figura 1.1 - Sistema básico de telecomunicações

Interligando o elemento transmissor e o elemento receptor existe um meio. Em telecomunicações os meios são basicamente de dois tipos: meios confinados e meios não confinados.