CURSO SUBSEQUENTE
2º PERÍODO
Turma: 2C ELT
APOSTILA DE MEDIDAS
APOSTILA DE MONTAGEM e CIRCUITO IMPRESSO
APOSTILA DE PAINEL
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
José Bastos José Carlos Andrades
José Fernandes Pereira
José Mauro Kocher
Juan Guillermo Lazo Lazo Mauro da Silva Alvarez Milton Simas Gonçalves Torres
Paulo César Bittencourt
Paulo José Monteiro da Cunha
Péricles Freire dos Santos
Rui Márcio Carneiro Arruda
2
Sumário
APOSTILA DE MEDIDAS 2 ... 3
1ª PRÁTICA ... 4
USO DO OSCILOSCÓPIO DIGITAL ... 4
2ª PRÁTICA ... 11
CIRCUITOS CEIFADORES A DIODO ... 11
3ª PRÁTICA ... 14
CIRCUITOS RC EM REGIME SENOIDAL... 14
4ª PRÁTICA ... 18
FILTROS PASSA-BAIXAS RC ... 18
5ª PRÁTICA ... 23
FILTROS PASSA-ALTAS E PASSA-FAIXA RC ... 23
6ª PRÁTICA ... 29
USO COMO CHAVE DO TRANSISTOR BJT... 29
7ª PRÁTICA ... 32
GANHO DE TENSÃO NO TRANSISTOR BJT ... 32
8ª PRÁTICA ... 34
CIRCUITO RLC EM REGIME SENOIDAL ... 34
APOSTILA DE MONTAGEM e CIRCUITO IMPRESSO ... 37
1ª PRÁTICA ... 38
CARACTERÍSTICAS DO CIRCUITO IMPRESSO ... 38
2ª PRÁTICA ... 42
LAYOUT 1 – Associação de resistores ... 42
3ª PRÁTICA ... 44
LAYOUT 2 – Fonte de Alimentação convencional sem regulação – Estágios de retificação e filtragem ... 44
4ª PRÁTICA ... 45
LAYOUT 3 – Pisca-Pisca com LED ... 45
5ª PRÁTICA ... 47
LAYOUT 4 – Sequencial de LEDs ... 47
6ª PRÁTICA ... 48
LAYOUT 5 – Fonte de Alimentação convencional regulada ... 48
7ª PRÁTICA ... 51
INTRODUÇÃO AOS COMPONENTES SMD ... 51
APOSTILA DE PAINEL ... 56
1ª PRÁTICA ... 57
DIODO ZENER ... 57
2ª PRÁTICA ... 61
GERADOR DE SINAIS ... 61
3ª PRÁTICA ... 65
POLARIZAÇÃO DO TRANSISTOR DE JUNÇÃO BIPOLAR (BJT) ... 65
4ª PRÁTICA ... 68
ESTABILIZAÇÃO DO PONTO DE OPERAÇÃO NO TRANSISTOR BJT ... 68
5ª PRÁTICA ... 71
POLARIZAÇÃO EM CIRCUITOS COM FET ... 71
6ª PRÁTICA ... 75
COMPONENTES ELETRÔNICOS - CAPACITORES ... 75
7ª PRÁTICA ... 82
COMPONENTES ELETRÔNICOS – INDUTORES, TRANSFORMADORES E TRANSDUTORES ELETROACÚSTICOS ... 82
8ª PRÁTICA ... 90
3
4
1ª PRÁTICA
USO DO OSCILOSCÓPIO DIGITAL
OBJETIVOS
Identificar os controles do osciloscópio com suas respectivas funções.
Fazer os ajustes iniciais básicos.
Medir período, amplitude e defasagem em sinais senoidais.
OPERAÇÃO BÁSICA
O painel frontal é dividido em áreas funcionais, ou seja, os controles são agrupados
por funções semelhantes, tais como atuação no sinal visualizado (Vertical), na base de
tempo (Horizontal) e no sincronismo (Trigger).
Área da tela
Além de exibir formas de onda, a tela (display) apresenta informações sobre a
forma de onda (período, freqüência, amplitude etc.) e detalhes dos ajustes de controle do instrumento.
5 1. O ícone mostra o modo de aquisição.
2. O status de trigger mostra se há uma fonte adequada de trigger ou se a
aquisição foi interrompida. Ou seja, se a onda está sendo sincronizada ou não.
3. O marcador mostra a posição de trigger horizontal, isto é, a porção do
sinal que está sendo usada para fazer o sincronismo. Também indica a posição horizontal da forma de onda, uma vez que o controle de Posição Horizontal na realidade move a posição de trigger horizontalmente.
4. O display de trigger mostra a diferença (no tempo) entre a gratícula central
e a posição de trigger. O centro da tela vale zero.
5. O marcador mostra o nível de trigger, ou seja, o nível do sinal que está
sendo usado pelo osciloscópio para fazer o sincronismo. Esse nível é ajustado no controle de Nível de Trigger.
6. A leitura mostra o valor numérico do nível de trigger.
7. O ícone mostra a inclinação selecionada para trigger de borda. No caso
ilustrado, o ícone indica que é a borda de subida do sinal que está sendo usada para fazer o sincronismo.
8. A leitura mostra a fonte de trigger utilizada. No caso ilustrado o
sincronismo é proveniente de amostragem do sinal aplicado ao canal 1 (CH1).
9. A leitura mostra o ajuste de base de tempo da área da janela.
10. A leitura mostra o ajuste principal de base de tempo, selecionado pelo controle de segundos por divisão (SEC/DIV).
11. A leitura mostra os valores de escala vertical dos canais 1 e 2, selecionados pelos respectivos controles de VOLTS/DIV.
12. A área de display mostra mensagens on-line momentaneamente.
6
Aparência da forma de onda
A apresentação da forma de onda depende de muitos ajustes de instrumento. Uma vez obtida uma forma de onda, você pode fazer suas medidas. Porém a aparência da forma de onda também fornece informações-chave sobre ela.
Dependendo do tipo, as formas de onda serão exibidas em três diferentes estilos: preto, cinza e pontilhada.
1. Uma forma de onda em preto sólido indica um display de forma de onda ativa. A forma de onda permanece preta quando a aquisição é interrompida, se nenhum controle que torne a precisão do display incerta for alterado. A alteração dos controles vertical e horizontal é permitida em aquisições interrompidas.
2. Formas de onda de referência e formas de onda com persistência aplicada são apresentadas em cinza.
3. Uma aparência de linha pontilhada indica que a precisão do display de forma de onda está incerta. Isto é conseqüência de interromper a aquisição e então alterar um ajuste para o qual o instrumento não pode modificar a forma de onda exibida para a devida correspondência. Por exemplo, a alteração dos controles de trigger em uma aquisição
7
Controles verticais
CH 1 e CURSOR 1 POSITION – posiciona o cursor 1 e, com ele, a forma de onda do canal 1.
CH 2 e CURSOR 2 POSITION – posiciona o cursor 2 e, com ele, a forma de onda do canal 2.
MATEM. MENU – Exibe o menu de operações matemáticas da forma de onda.
CH 1 e CH 2 MENU Exibe as seleções de menu de entrada do canal e alterna o display de canal entre ligado e desligado. Na posição desligado, a forma de onda daquele canal não aparece na tela ou, se um sinal não estiver sendo aplicado, apaga o traço correspondente.
CH 1 VOLTS/DIV – ajusta a amplitude da forma de onda do canal 1, selecionando fatores de escala calibrados.
CH 2 VOLTS/DIV – ajusta a amplitude da forma de onda do canal 2, selecionando fatores de escala calibrados.
Controles horizontais
POSITION – Ajusta a posição horizontal de todos os canais simultaneamente.
HORIZONTAL MENU – Exibe o menu horizontal.
SEC/DIV – Seleciona o tempo por divisão horizontal (fator de escala) para a base de tempo principal e a Área da Janela.
Controles de trigger
NÍVEL e HOLDOFF – Este controle tem dupla finalidade, que é definida no sistema do Menu Horizontal. Similar a um controle de nível de trigger, ele estabelece o nível de amplitude
que o sinal deve atravessar para causar uma aquisição (sincronização). Similar a um controle de interrupção (holdoff),
ele estabelece a quantidade de tempo antes que outro evento de trigger possa ser aceito.
TRIGGER MENU – Exibe o menu de trigger.
NÍVEL A 50% – O nível de trigger é ajustado a 50% do nível de
sinal.
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VISUALIZ. DE TRIGGER – Exibe a forma de onda de trigger, em vez da forma de
onda do canal, enquanto o botão VISUALIZ. de TRIGGER é mantido pressionado.
Botões de Controle
GRAVAR / RESTAURAR – Exibe o menu gravar/restaurar para configurações e formas de onda.
MEDIDAS – Exibe o menu de medições automatizadas.
AQUISIÇÃO – Exibe o menu de aquisição.
DISPLAYS – Exibe o menu de tipo de display.
CURSORES – Exibe o menu de cursor. Os controles de Posição Vertical ajustam a posição de cursor exibindo ao mesmo tempo o menu de cursores. Os cursores permanecem exibidos (a menos que desligados) após ter saído do menu de cursor, porém não são ajustáveis.
UTILIÁRIOS – Exibe os menus de utilitários.
AUTOSET – Ajusta automaticamente os controles do instrumento para produzir na tela a exibição adequada do sinal de entrada. Em alguns tipos de sinais complexos pode ser necessário refinar os ajustes.
IMPRESSÃO – Inicia operações de impressão. Um módulo de extensão com uma porta Centronics ou RS-232 ou GPIB é exigido.
RUN/STOP – Inicia e interrompe a aquisição de uma forma de onda.
Conectores
COMP. de PONTA – Saída de sinal adequado para o ajuste de compensação de ponta de prova atenuada na posição X10. Ligando a ponta neste terminal, ajusta-se o parafuso de compensação na ponta (trimmer) até a onda aparecer na
tela perfeitamente quadrada.
CH1 e CH2 – Conectores de entrada para aplicação dos sinais nos quais se deseja ver a forma de onda. Neles são ligadas as pontas de prova.
TRIG. EXTERNO – Conector de entrada para uma fonte externa de trigger.
Use o menu de trigger para selecionar a fonte de trigger
9
MATERIAL UTILIZADO
Instrumentos:- Osciloscópio digital - Gerador de sinais
- Multímetro - Fonte DC
Componentes:
- Capacitor de 0,008 F
- Potenciômetro de 15k
PROCEDIMENTO
1. Ligue o osciloscópio e o gerador de sinais.
2. Selecione um dos canais do osciloscópio.
3. Faça os ajustes iniciais do osciloscópio (brilho e foco).
4. Selecione uma base de tempo adequada para o sinal de 455 kHz.
5. Selecione uma escala vertical compatível com um sinal de 1 Vp.
6. Ajuste o gerador de sinais para fornecer um sinal senoidal de 455 kHz com amplitude de 1Vp.
7. Aplique o gerador de sinal à entrada do canal escolhido.
8. Ajuste o nível de trigger(“level”) para a fixação do sinal na tela.
9. Meça a amplitude (valor de pico) do sinal e anote: __________.
10. Meça a amplitude total (valor pico-a-pico) do sinal e anote: __________.
11. Meça o valor RMS do sinal e anote: __________.
12. Meça o período do sinal e anote: __________.
13. Meça a freqüência do sinal e anote: _________.
14. Repita os itens 9 a 13 para outros valores de freqüência e amplitude do sinal.
1 valor: T = ______________ f = ______________ Vp = ______________
Vpp = _______________ Vrms = _______________
2 valor: T = ______________ f = ______________ Vp = ______________
10
3 valor: T = ______________ f = ______________ Vp = ______________
Vpp = _______________ Vrms = _______________
4 valor: T = ______________ f = ______________ Vp = ______________
Vpp = _______________ Vrms = _______________
5 valor: T = ______________ f = ______________ Vp = ______________
Vpp = _______________ Vrms = _______________
15. Com a ajuda de um multímetro, ajuste a tensão da fonte DC para 10 V.
16. Através do osciloscópio, meça a tensão da fonte: VDC = __________.
17. Monte o circuito abaixo, adequando os valores dos componentes aos disponíveis, se necessário.
a) Ajuste o potenciômetro em seu valor máximo e aplique um sinal de entrada (Vi) ao circuito com frequência em torno de 1500 Hz.
b) Aplique Vi a um dos canais do osciloscópio e Vo ao outro canal.
c) Meça o número de divisões e subdivisões horizontais entre os picos dos sinais, calculando o tempo:
t = _______________
d) Compare esse valor com o período do sinal, obtendo a defasagem entre os sinais de entrada e saída do circuito pela relação:
(time delay) = 360 t = _________
T
e) Calcule qual deve ser a variação de tempo para uma defasagem de 45. f) Monitorando o osciloscópio, ajuste o potenciômetro até conseguir o
11
2ª PRÁTICA
CIRCUITOS CEIFADORES A DIODO
OBJETIVOS
Analisar o comportamento dos diodos retificador e zener submetidos à tensão alternada senoidal, somada ou não a uma contínua, de modo a fornecerem formas de onda diferentes das aplicadas.
INTRODUÇÃO
Conhecemos o diodo como retificador pela sua capacidade de deixar fluir corrente em um único sentido, ou seja, se aplicado um sinal alternado, apenas um de seus semiciclos será fornecido pelo diodo à carga.
EIN EL
EIN RL t t
Como podemos observar na forma de onda da direita, sobre a carga, parte dela (o semiciclo negativo) foi ceifada (cortada). Se o diodo for invertido, o semiciclo ceifado será o positivo.
Fazendo arranjos com diodos retificadores é possível obter diversas formas de onda. Se uma tensão contínua for introduzida em série com o diodo, mais alterações poderão ser feitas.
EIN EOUT
EIN t t
No circuito acima, a bateria polariza o diodo inversamente. O semiciclo positivo da senóide também o polariza inversamente, logo nesse semiciclo não há condução e ele aparece na saída. O semiciclo negativo somente polariza diretamente o diodo quando ultrapassa a tensão contínua mais a de barreira, ocorrendo o ceifamento da onda.
Usando diodos zener, que conduzem nos dois sentidos, porém para valores diferentes de tensão, são obtidos efeitos semelhantes ao uso dos diodos retificadores associados a uma fonte contínua, sem a necessidade desta.
EIN EOUT
VZ
EIN t t
12 No semiciclo positivo o diodo zener conduz ao atingir a Tensão de Zener (VZ) e
estabiliza nesse valor, mantendo a onda também em VZ, o que causa ceifamento. Já
no semiciclo negativo, o zener fica diretamente polarizado e mantém a tensão constante em aproximadamente 0,7 V (VD), o que praticamente elimina esse
semiciclo na saída.
MATERIAL
Fonte de Alimentação com saída AC e com saída DC simétrica
Osciloscópio
Protoboard
Resistor de 1 k
Dois diodos 1N4002 a 1N4007
Dois diodos zener com tensão entre 4 e 7 V
PROCEDIMENTO
1- Observe a forma de onda entre os terminais fonte de tensão alternada e esboce-a no gráfico abaixo, com valores de tensão. Use uma das saídas alternadas da fonte de alimentação e a massa.
2- Monte os circuitos, usando o diodo retificador, e conecte à fonte de tensão alternada,
sem ligá-la. Chame o professor para conferir a montagem. Estando correta, ligue e observe a forma de onda entre os terminais X e Y. Esboce essa forma de onda de saída de cada circuito, com valores de tensão. Use uma das saídas alternadas da fonte de alimentação, as saídas contínuas e a massa.
a) X b) X
10 V 10 V
13
c) X d) X
10 V 10 V 10 V
Y Y
3) Monte os circuitos, usando o diodo zener. Chame o professor para conferir a montagem. Estando correta, ligue e observe a forma de onda entre os terminais X e Y. Esboce essa forma de onda de saída de cada circuito, com valores de tensão.
a) X b) X
Y Y
c) X d) X
14
3ª PRÁTICA
CIRCUITOS RC EM REGIME SENOIDAL
OBJETIVOS
Determinar a impedância equivalente dos circuitos RC.
Verificar as Leis de Kirchhoff para circuitos RC.
Caracterizar o comportamento dos circuitos RC com a variação da freqüência.
INTRODUÇÃO
Devido à sua larga utilização na Eletrônica (circuitos defasadores, filtros etc.), é relevante estudar o comportamento de um capacitor nos circuitos elétricos. Seu estudo é de particular interesse em circuitos RC sob excitação senoidal, pelos seguintes motivos:
O circuito RC é o mais elementar, devido a não haver circuitos puramente capacitivos, existindo sempre um efeito resistivo associado.
Os circuitos RC sob excitação senoidal não alteram a forma de onda aplicada, o que facilita a análise desejada.
MATERIAL UTILIZADO
R = 150 C = 1 F
R1 = 220
PROCEDIMENTO
1. Monte o circuito RC série
2. Aplique um sinal senoidal de 2 VEF , f = 1kHz.
3. Meça a tensão eficaz no resistor e no capacitor.
15 4. Calcule a soma aritmética simples das tensões.
VR + VC = ____________
5. Calcule VR2 + VC2 (módulo da soma de dois vetores ortogonais).
VR2 + VC2 = ______________
6. Compare os resultados dos itens (4) e (5) com o valor da tensão aplicada (2 Vef), verificando o resultado correto.
7. Calcule a reatância capacitiva:
| XC | = ____________
8. Calcule o módulo da impedância através da fórmula R2 + XC 2
| Z| = R2 + X
C 2 = _______________
9. Determine a impedância total (Z) do circuito:
| Z| = V/ I , onde I = VR / R | Z| = ________
10. Compare os resultados dos itens (8) e (9):
( 8 ) = __________ ( 9 ) = __________
CONCLUSÃO:
___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________
11. Agora, considere a freqüência aplicada sendo de 2 kHz.
a. A corrente no circuito aumenta ou diminui? Explique a razão.
___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________
b. A tensão no capacitor aumenta ou diminui? Explique a razão.
16 12. Monte o circuito RC paralelo (inclua um resistor R1 de 220 em série com o
gerador. para a determinação da corrente total).
R = ________ C =________
13. Aplique um sinal senoidal de 5 Vef com freqüência de 1 kHz.
14. Meça VR1 e VR.
VR1 = ____________ VR = ____________
15. Calcule | XC |.
| XC | = ___________
16. Determine | IT | ; | IC | ; | IR | .
| IT | = VR1 / R1 = ____________ | Ic | = VR / XC = _____________
| IR | = VR / R = ____________
17. Calcule IR2 + Ic 2 .
IR2 + Ic 2 = ______________
18. Compare as correntes totais ( IT ) nos itens 18 e 19.
(18) = _______________ (19) = _______________
CONCLUSÃO:
___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________
19. Calcule o módulo da impedância do paralelo ( R . XC ) / ( R + XC ).
17 20. Calcule :
| Z | = ________________________ = _________
( 1 / R )2 + ( 1 / X C )2
21. Determine a impedância do circuito paralelo ( ZP ).
| ZP | = VR / IT = ______________
22. Compare os resultados dos itens 20 e 21.
(20) = ________________ (21) = ________________
CONCLUSÃO:
__________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________
23. Agora considere a freqüência aplicada sendo 2 kHz e responda às seguintes perguntas:
a. A impedância vista por VI aumenta ou diminui?
___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________
b. A tensão VR aumenta ou diminui?
___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________
c. A corrente fornecida por VI aumenta ou diminui?
___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________
d. O ângulo de defasagem entre corrente e tensão aumenta ou diminui? ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________
18
4ª PRÁTICA
FILTROS PASSA-BAIXAS RC
OBJETIVOS
Verificar a atuação de circuitos RC como filtros passa-baixas.
Determinar o ganho de tensão em função da variação da frequência.
Estabelecer o valor da frequência de corte (fa).
INTRODUÇÃO
Utiliza-se o filtro passa-baixas para reduzir a ação de sinais de frequência superior a um determinado limite, ou seja, de sinais de alta frequência..
O filtro passa-baixas atenua significativamente os sinais senoidais de frequência superior à frequência de corte (fa) e praticamente não altera a amplitude dos sinais
senoidais de frequência inferior à fa. Uma curva de resposta usual para um filtro
passa-baixas é apresentada na figura 1.
(a) (b)
Figura 3.1 - Filtro passa-baixas: (a) Curva de resposta; (b) Representação em bloco.
O ganho de tensão é definido como:
Av = _ Vo__ (1)
Vin
O ganho em decibels é definido como:
AvdB = 20 log | Vo_ | (2)
| Vin |
A banda passante do filtro passa-baixas é a região da curva de resposta em que as frequências são inferiores à frequência de corte. Nessa região o sinal de entrada praticamente não é atenuado e, portanto, o ganho de tensão é quase unitário (Av 1 e AvdB 0 dB).
Vo tensão de saída do filtro
19 A frequência de corte é aquela em que o ganho de tensão é 70,7% do ganho na banda passante (Av = 2 / 2 0,707) o que equivale a 3 dB abaixo do ganho na banda passante (AvdB = - 3dB).
Nesta prática avaliam-se dois circuitos de filtros passa-baixas construídos com resistores e capacitores (RC). Para compreender o funcionamento destes filtros deve-se lembrar que a reatância capacitiva é inversamente proporcional à frequência. Portanto, a tensão de saída do filtro passa-baixas, que é a tensão sobre um capacitor, é reduzida à medida que a frequência do sinal cresce.
A presença de capacitâncias em qualquer circuito pode produzir o efeito de filtro, ainda que isto não seja desejável ou previsto. Tal efeito ocorre, por exemplo, nos amplificadores em que as capacitâncias de junção dos transistores atenuam os sinais de alta frequência.
CIRCUITOS
(a) (b)
Figura 3.2 - Filtros passa-baixas RC: (a) Filtro de primeira ordem; (b) Filtro de segunda ordem.
MATERIAL UTILIZADO
R1 = 4,7 k
C1 = 22 nF R2 = 47 k C2 = 2,2 nF
EQUIPAMENTOS UTILIZADOS
- Osciloscópio;- Gerador de funções ou gerador senoidal (áudio); - Voltímetro AC.
PROCEDIMENTOS
1. Monte o circuito da figura 3.2 (a).
20 tensão de saída em cada freqüência, assinalada na tabela a seguir, anotando os valores de Vout e calculando os ganhos indicados.
TABELA 3.1
f (Hz) Vin (Vef) Vout (Vef) Av (Vout/Vin) Av dB = 20 log Av
50 100 200 500 1k 2k 5k 10k 20k
3. Observando as variações de Av na tabela 3.1, localize o intervalo de frequências em que se encontra a frequência de corte (fa).
intervalo: _________ a _________
4. Para determinar o valor exato da frequência de corte, ajuste a frequência do gerador, dentro do intervalo localizado no item 3, de forma a obter um ganho Av com valor de -3 dB em relação ao ganho obtido na frequência mais baixa (50 Hz no caso).
fa = _______
5. Meça o valor de Av e calcule AvdB para:
a) f = 2 fa AvdB = _______
b) f = 4 fa AvdB = _______
c) f = 10 fa AvdB = _______
6. Meça o ângulo de defasagem entre Vo e Vin, para:
a) f = fa/10 = _______
b) f = fa = _______
c) f = 10 fa = _______
7. Monte o circuito da figura 3.2 (b).
8. Utilizando o gerador de funções, aplique um sinal senoidal com 1 Vef à
21 AvdB=_______
9. Determine o valor da frequência de corte.
fa = _______
10. Meça o valor de Av e calcule AvdB para:
a) f = 2 fa AvdB = _______
b) f = 4 fa AvdB = _______
c) f = 10 fa AvdB = _______
11. Meça o ângulo de defasagem entre Vo e Vin, para:
a) f = fa/10 = _______
b) f = fa = _______
c) f = 10 fa = _______
PROBLEMAS PROPOSTOS
1. Calcule a frequência de corte (fa), teórica, para o circuito da figura 3.2(a) e
compare com o valor prático obtido.
fa = 1 = __ 1 __ = fa = _______ Hz
2RC
fa (calc.) = _______
fa (med.) = _______
2. Compare a redução, por oitava e por década, de AvdB do circuito da figura 3.2
(a) com o circuito da figura 3.2 (b).
| Circ. da Fig. 3.2 (a) = _______ Redução por oitava |
| Circ. da Fig. 3.2 (b) = _______
| Circ. da Fig. 3.2 (a) = _______ Redução por década |
| Circ. da Fig. 3.2 (b) = _______
22 | Circ. Fig. 3.2 (b) = _______
fa |
| De cada célula = _______
4. Compare os ângulos de defasagem obtidos nos circuitos das figuras 3.2(a) e 3.2(b).
TABELA 3.2
Circ. fig. 3.2 (a) Circ. fig. 3.2 (b)
f = fa/10 = _______ = _______
f = fa = _______ = _______
f = 10 fa = _______ = _______
5. Trace as curvas de resposta Av x f e AvdB x f em folhas de papel semilog, a
partir dos dados na tabela 1.
Abaixo é mostrado o aspecto de uma folha de papel semilog. Note que o eixo vertical é dividido em intervalos idênticos, mas o eixo horizontal contém grupos de divisões em que o intervalo vai diminuindo, tal qual ocorre com o intervalo entre o
logaritmo dos números naturais; cada um desses grupos é chamado de década. No
eixo vertical você irá colocar o valor do ganho, Av ou AvdB, e no eixo horizontal, as
23
5ª PRÁTICA
FILTROS PASSA-ALTAS E PASSA-FAIXA RC
OBJETIVOS
Verificar a atuação de circuitos RC como filtro passa-altas e passa faixa.
Determinar a relação entre o ganho de tensão e a frequência nos filtros.
Localizar as frequências de corte.
INTRODUÇÃO
FILTRO PASSA-ALTAS
O filtro passa-altas atenua significativamente sinais senoidais de baixa frequência e praticamente não altera a amplitude de sinais de frequência superior à sua de corte (fb).
Na figura 1 (a) apresenta-se uma curva de resposta usual para filtros passa-altas.
Figura 1 - Filtro Passa-Altas.
(a) Curva de resposta usual; (b) Representação em bloco; (c) Filtro Passa-altas RC de 1ª ordem.
Os filtros passa-altas são usados para atenuar os sinais de baixa frequência ou para eliminar tensões contínuas. São empregados, por exemplo, no acoplamento de amplificadores, em que a propriedade de isolar DC é aproveitada para se evitar que a polarização (DC) de um estágio interfira na polarização de outro estágio, embora os sinais AC sejam transferidos de um estágio para o outro.
Para se compreender o funcionamento do filtro passa-altas RC de 1ª ordem (fig. 1c) deve-se lembrar que a reatância do capacitor é inversamente proporcional à frequência. Portanto, em frequências baixas a reatância será grande e a maior parte da tensão aplicada à entrada do filtro (Vin) estará sobre o capacitor, resultando numa baixa
tensão de saída (Vo) e, consequentemente, o ganho de tensão será baixo. Para altas
24 A frequência de corte do filtro passa-altas é definida como o valor da frequência em que o ganho do filtro é 70,7% do seu ganho para frequências muito altas (3 dB abaixo do ganho de alta frequência), de forma análoga aos filtros passa-baixas.
No filtro da figura 1c a frequência de corte (fb) ocorre quando a reatância capacitiva é
igual à resistência (R = XC), que é dada por:
fb= 1 (1)
2RC
FILTRO PASSA-FAIXA
O filtro passa-faixa atenua significativamente sinais senoidais cuja frequência esteja fora de uma faixa denominada banda passante. A banda passante é a faixa de frequências entre a frequência de corte inferior (fb) e a frequência de corte superior (fa),
conforme a Figura 2a.
Figura 2 - Filtro passa-faixa:
(a) Curva de resposta usual. (b) Representação em bloco.
A largura da banda passante (BW - bandwidth) é uma característica importante,
definida como:
BW = fa - fb (2)
Uma forma de se construir um filtro passa-faixa é conectando-se em cascata um filtro passa-baixas com um filtro passa-altas, conforme a Figura 3.
25 A figura 3b apresenta o circuito de um passa-faixa RC de 2ª ordem. Para simplificar a análise e o projeto desse circuito calcula-se o segundo estágio com impedância de entrada bem maior que a impedância de saída do primeiro estágio (R1<<R2 e XC1<<XC2 <=> C1>>C2). Assim sendo, as frequências de corte serão:
fb= 1 _ (3.a)
2 R1 C1 f 2a= 1 R2 C2 _ (3.b) Equações válidas para fa suficientemente maior que fb.
Nas aplicações que exigem um filtro passa-faixa com banda passante estreita (bastante seletivo) como, por exemplo, nos circuitos de sintonia de rádio, preferem-se os filtros RLC ou os filtros ativos.
CIRCUITOS
R1 = 2,2 k; R2 = 22 k; C1 = 100 nF; C2 = 1nF
Figura 4: (a) Filtro passa-altas; (b) Filtro passa-faixa
INSTRUMENTOS
Gerador de Funções ou Oscilador Senoidal.
Osciloscópio.
Voltímetro AC.
PROCEDIMENTOS
1) Monte o circuito da fig 4 (a).
2) Utilizando o gerador de funções, aplique um sinal senoidal na entrada do circuito, mantendo sua amplitude constante (sugere-se Vin = 1Vef), e meça a tensão de saída
em cada frequência assinalada na tabela 1, anotando os valores de Vout e
26 TABELA 1
f (Hz) Vin (Vef) Vout (Vef) Av (Vout/Vin) Av dB = 20 log Av
50 100 200 500 1k 2k 5k 10k 20k 50k 100k
3) Observando as variações de Av na tabela, localize o intervalo de frequências em que se encontra a frequência de corte (fb).
intervalo: ________ a ________
4) Para determinar exatamente o valor da frequência de corte, ajuste a frequência do gerador, dentro do intervalo localizado no item 3, de forma a obter um ganho Av com valor de -3 dB (70,7%) em relação ao ganho obtido na frequência mais alta (100 kHz no caso).
fb = _______
5) Meça o valor de Av e calcule AvdB para:
a) f = fb/2 AvdB = _____; b) f = fb/4 AvdB = _____; c) f = fb/10 AvdB = _____
6) Meça o ângulo de defasagem entre Vo e Vin, para:
a) f = fb/10 = _______; b) f = fb = _______; c) f = 10 fb = _______
7) Monte o circuito da figura 4 (b).
27 TABELA 2
f (Hz) Vin (Vef) Vout (Vef) Av (Vout/Vin) Av dB = 20 log Av
50 100 200 500 1k 2k 5k 10k 20k 50k 100k
9) Observando as variações de AvdB na tabela, localize o intervalo de frequências entre
as frequências de corte inferior e superior
fb - intervalo __________ a __________
fa - intervalo __________ a __________
10) Para determinar as frequências de corte varie a frequência do gerador nos limites da BW, de forma a obter um ganho Av com valores 3 dB abaixo do ganho na faixa média. A frequência mais baixa com Av = -3 dB é a fa e a mais alta é a fb.
PROBLEMAS PROPOSTOS
1) Calcule as frequências de corte para os circuitos da figura 4 utilizando os valores nominais dos componentes.
a) Passa-altas fb = ___________
b) Passa-faixa fb = ___________ fa= ___________
2) Calcule a elevação, por oitava e por década, de AvdB dos filtros, usando os
resultados das medidas.
| Passa-altas = ________ Elev. / oitava {
| Passa-faixa = ________
|Passa-altas = ______ Elev. / década {
| Passa-faixa = ______
3) Trace as curvas de resposta dos filtros - Av x f e AvdB x f - em folhas de papel
28 Abaixo são mostradas folhas de papel semilog. Note que o eixo vertical é dividido em intervalos idênticos, mas o eixo horizontal contém grupos de divisões em que o intervalo vai diminuindo, tal qual ocorre com o intervalo entre o logaritmo dos números naturais; cada um desses grupos é chamado de década. No eixo vertical
você irá colocar o valor do ganho, Av ou AvdB, e no eixo horizontal, as frequências,
29
6ª PRÁTICA
USO COMO CHAVE DO TRANSISTOR BJT
OBJETIVOS
Colocar o P.O.E. (Ponto de Operação Estático) do transistor em cada uma das três regiões de operação – de saturação, ativa e de corte – através de ajustes no circuito de polarização.
Analisar o funcionamento do transistor bipolar como chave.
Colocar o P.O.E. (Ponto de Operação Estático) do transistor nas regiões de saturação e de corte, através de ajustes no circuito de polarização.
INTRODUÇÃO
Quando polarizado nas regiões extremas – saturação e corte – o transistor bipolar apresenta comportamento semelhante a uma chave liga-desliga (interruptor), ou seja, deixa passar o máximo de corrente (saturação), ficando com uma tensão desprezível sobre ele, ou fica com toda a tensão entre seus terminais principais, impedindo a corrente de passar por uma carga em série com o circuito de coletor (corte). Tal comportamento é usado para controlar cargas de potência média ou alta a partir de sinais de baixa potência, aplicados à base do transistor.
Para esta prática, usamos um LED como carga, em série com o coletor, observando sua luminosidade nas situações de saturação e de corte, mas também quando o transistor não funciona como chave, isto é, fica polarizado na região ativa, para efeito de comparação.
Finalmente, colocamos o LED em paralelo com o transistor, o que inverte a condição para que acenda: agora isso ocorre com o transistor no corte.
MATERIAL
Fonte de Alimentação
Multímetro
Protoboard
Resistores de 470 e 47 k Potenciômetro linear de 100 k Transistor BC 548
PROCEDIMENTOS
1) Monte o circuito com os valores indicados.
+ VCC
LED RB = 47 k
RC = 470 RB RC
T = BC 548
VCC = 12 V 1
Chave = fio Chave T
30 2) Coloque a chave na posição 1 e ligue a fonte.
O LED acende? __________. Se não acender, verifique sua montagem. Se ainda não acender, teste o LED e o transistor, usando o multímetro.
3) Com o LED aceso meça os valores DC indicados a seguir e anote-os.
VLED = ______ VRC = ______ VRB = _____ VCC = _____ ILED = _____
4) Esses valores correspondem a que região de polarização do transistor? ________ Justifique.
5) Coloque a chave na posição 2 e ligue a fonte.
O LED acende? __________. Se acender, verifique sua montagem e se a chave está ligando a base do transistor à massa.
6) Com o LED apagado, mas a fonte ligada, meça os valores indicados a seguir e anote-os.
VLED = ______ VRC = ______ VRB = _____ VCC = _____ ILED = _____
7) Esses valores correspondem a que região de polarização do transistor? ________ Justifique.
8) Monte o circuito a seguir.
+ VCC
RB = 47 k
RC = 470
T = BC 548 RB RC
VCC = 12 V
Chave = fio 1
Chave T
2 LED
9) Verifique se o LED acende na mesma posição da chave. Justifique o comportamento do circuito.
Transistor
LED
31 10) Monte o circuito a seguir.
+VCC
LED
RB = 47 k RB
RC = 470
P = 100 k P RC
T = BC 548
VCC = 12 V T
11) Com a chave na posição indicada (superior), varie o potenciômetro e descreva o que ocorre com o LED quando o potenciômetro está nas posições extremas e na central.
Meça a corrente no LED nessas três situações. ILED 1 = _____
ILED 2 = _____
ILED 3 = _____
32
7ª PRÁTICA
GANHO DE TENSÃO NO TRANSISTOR BJT
OBJETIVO
Implementar as configurações básicas de amplificadores com BJT.
Identificar distorção na forma de onda de saída.
Medir tensões de entrada e de saída.
Determinar os ganhos de tensão.
INTRODUÇÃO
Ganho de tensão ou função de transferência direta pode ser definido como sendo a relação entre tensões das estruturas de entrada e saída.
Quando tal relação é maior que a unidade, podemos caracterizar a amplificação. É importante conceituar corretamente essa propriedade. Em verdade, verificamos na entrada um baixo nível tensão (referente ao sinal aplicado) e, na saída, um nível maior de tensão, originado na fonte de alimentação e modulado pelo sinal de entrada.
O ganho de tensão é diferenciado, em ordem de grandeza, por configurações básicas do transistor.
CIRCUITO
Este circuito pode ser configurado como emissor comum, coletor comum ou base comum, através da ligação adequada dos capacitores. Tal ligação está representada
como chave, mas basta ligar o terminal do capacitor à massa ou aos instrumentos de medida para obter a configuração desejada.
Fig.1: Circuito genérico de amplificador com BJT.
MATERIAL
Fonte de Alimentação
Multímetro
Protoboard
Osciloscópio
33
Gerador de sinais para a faixa de áudio
PROCEDIMENTO
1) Monte o circuito e meça o P.O.E. (Ponto de Operação Estático), identificando a região de operação. Caso esteja fora da região linear, verifique a montagem e os componentes.
Vce = _______ Ic = _______
2) Faça as ligações abaixo para a configuração emissor comum:
S3 aberta - aplicação do sinal de entrada. S1 aberta - verificação do sinal de saída. S2 fechada - aterramento do emissor.
3) Aplique um sinal senoidal de 1 kHz e ajuste-o para obter a máxima tensão de saída (VOMAX) sem distorção. Se necessário, utilize o atenuador do gerador de sinais.
4) Meça: Vi = _______ Vo = _______ Calcule: Av = _______
5) Repita os itens 3 e 4 com S2 aberta (amplificador realimentado por RE).
Vi = _______ Vo = _______ Av = _______
6) Faça as ligações abaixo para a configuração coletor comum:
S3 aberta - aplicação do sinal de entrada. S2 aberta - verificação do sinal de saída. S1 fechada - aterramento do coletor.
7) Repita os itens (3) e (4). Vi = _______ Vo = _______ Av = _______
8) Faça as ligações abaixo para a configuração base comum:
S2 aberta - aplicação do sinal de entrada. S1 aberta - verificação do sinal de saída. S3 fechada - aterramento da base.
9) Repita os itens (3) e (4). Vi = _______ Vo = _______ Av = _______
10) Faça um quadro comparativo do ganho de tensão nas quatro situações
estudadas: emissor comum, emissor comum realimentado, coletor comum e base comum.
RB1 = 330 k RE = 1 k
RB2 = 100 k C1 a C3 = 22 F
34
8ª PRÁTICA
CIRCUITO RLC EM REGIME SENOIDAL
OBJETIVOS
Analisar as características de um circuito RLC série em regime senoidal.
Avaliar experimentalmente a resposta em frequência.
INTRODUÇÃO
Nos circuitos série que envolvem componentes reativos (bobinas e capacitores) junto com componentes resistivos (resistores) observamos um efeito interessante: a soma algébrica das tensões medidas individualmente sobre os componentes não é igual à tensão da fonte de sinal alternado. Isso se deve à defasagem produzida pelos componentes reativos.
Assim, no circuito RLC série, a soma vetorial das tensões é que é igual à tensão da fonte de tensão alternada que alimenta o circuito. Dependendo do valor da frequência da fonte, as tensões parciais serão alteradas. Em uma determinada frequência, as tensões sobre o indutor e o capacitor são exatamente iguais e de fases opostas, sendo nesse caso, XL= -XC, que se cancelam e dão ao circuito um
comportamento puramente resistivo. Para essa frequência teremos a ressonância do circuito, logo, essa é a frequência de ressonância.
PROCEDIMENTO
1) Monte o circuito.L = 6,5 mH (± 10 %) C = 0,33 F (± 10 %) R = 1 k (± 5%)
2) Ajuste o sinal fornecido pelo gerador de áudio (Vi) para uma tensão constante de
10 VRMS (se não for possível alcançar esse valor, use o valor inteiro mais elevado
possível) e varie a sua frequência de acordo com a tabela. Meça o valor da
tensão de saída (VO) com o mesmo instrumento usado para medir a de entrada
35
f (Hz) Vo Vo / Vi 20 log Vo / Vi (dB)
100 200 300 400 500 1k 2k 3k 5k 10k 20k 50k
3) Determine o valor da frequência de ressonância pela tabela.
4) Calcule o valor da frequência de ressonância e compare com o valor anterior (diferença possível de ± 20 %).
5) Assinale com um X o gráfico relacionado com a tabela.
6) Meça com o voltímetro de áudio as tensões VR, VL e VC, aplicando à entrada um
sinal na frequência de 1 kHz.
Vi = _________ VR = _________ VL = ________ VC = ________
7) Com os valores anteriores calcule Vi.
36
8) Calcule Vi com os valores de iT, R, L e C, para a frequência de 1 kHz.
iT = VR /R
37
38
1ª PRÁTICA
CARACTERÍSTICAS DO CIRCUITO IMPRESSO
OBJETIVO
Conhecer as principais características do Circuito Impresso;
INTRODUÇÃO
DEFINIÇÃO E APRESENTAÇÃO DO CIRCUITO IMPRESSO:
Circuito Impresso é um conjunto de parte(s) isolante(s) sobre a qual é depositada em um ou ambos os lados uma fina camada de cobre. Este cobre se decapado para formar trilhas (pistas) e ilhas que atuarão como os fios condutores de interconexão entre os diversos componentes que formarão o circuito eletrônico.
VANTAGENS DO CIRCUITO IMPRESSO
a) As características físicas de circuitos impressos sobrepujam, no tocante à ver-satilidade no desenho do conjunto e sua densidade, os sistemas convencionais de interconexão.
b) As interligações são permanentemente anexas à base dielétrica, que também oferece uma superfície de montagem para os componentes do circuito. Quando devidamente aplicado, pão é normalmente possível ter ligações curto-circuitadas ou interrompidas.
c) Um alto grau de repetição oferece uniformidade das características elétricas de montagem para montagem.
d) Reduz significativamente o montante e peso dos fios de ligação. A construção planar dos circuitos impressos provê facilidades de traçamento e identificação dos condutores.
e) A posição das partes é fixa, simplificando a identificação. À codificação por cores dos condutores é eliminada.
f) Pode ser usado como, ou com, ajuda visual para acelerar a montagem correta dos componentes, minimizando assim erros de montagem, assim como reduzindo a complexidade dos processos de verificação e teste, seu tempo e custo.
g) Requer pessoal com qualificação e treino técnico reduzido.
h) Permite o uso de processos de produção e técnicas automatizadas.
i) A manutenção de equipamentos e sistemas eletrônicos é simplificada.
39 a) O desenho do circuito impresso requer conhecimentos especiais de posiciona-mento de componentes e interconexões devido à imposição da estrutura essencialmente planar.
b) O uso do espaço no equipamento é ligado a posicionamentos planares.
c) Longo espaço de tempo entre o estágio inicial do desenho até o embarque do produto acabado.
d) O desenho é de difícil mutação após ter sido documentado e feitas ferramentas.
e) O custo do ferramental. Para pequenas quantidades é relativamente elevado.
f) O reparo dos circuitos impressos, principalmente os atuais, requer treinamento apropriado.
g)
TIPOS DE CIRCUITOS QUANTO À ESTRUTURA
a) De uma face - Com condutores numa só superfície de uma base dielétrica.
b) De dupla face - Com condutores em ambas as superfícies de uma base dielétrica e geralmente interconectadas por furos metalizados ou então por furos reforçados.
c) Multicamadas - São estruturas com três ou rnais camadas condutoras separadas por material dielétrico e geralmente interconectadas por furos metalizados intercamadas.
ELEMENTOS BÁSICOS
Todo circuito impresso, independentemente de sua categoria, possui os seguintes elementos básicos:
a) Material de Base.
b) Furos para Componentes e/ou Interligações.
c) Tipo(s) do(s) Condutor(es).
d) Terminações de Entradas/Saídas.
MATERIAIS DE BASE
Os materiais de base dielétricos para circuitos impressos são, para a maioria das aplicações, um dos seguintes:
40 b) Papel Impregnado de Epoxí – Rígido.
c) Lã de Vidro Impregnado com Poliester Acrílico Rígido.
d) Malha de Fibra de Vidro Impregnado de Epoxi – Rígido.
e) Mylar Flexível, Teflon, Filmes Poliamídicos Suspensos ou Não Suspensos.
ESPESSURA
A espessura dos circuitos impressos pode variar desde 0.05 mm. até 6.25 mm., mas predominantemente os circuitos rígidos possuem espessura,de 1.59 mm. (1/16").
FORMAÇÃO DE CONDUTORES
O modo mais simples de obter a formação de condutores é corroendo-se, de uma lâmina condutora presa à base do material, o excesso condutor indesejável. Isto requer um mínimo de etapas de processamento e tem sido usado largamente em produção em massa. A formação de condutores por corrosão pode ser aplicada a uma ou ambas as lâminas sobre a base.
DIAGRAMA ESQUEMÁTICO
Consiste em um sistema ou conjunto de símbolos de símbolos gráficos utilizados para representar os diversos componentes elétricos, eletrônicos e eletro-mecânicos. O diagrama esquemático ou esquema eletrônico mostra como todos os componentes estão interligados para formar um circuito completo.
Figura 1.1: Exemplo de diagrama esquemático
DESIGNADORES DE REFERÊNCIA
41 utilizada para diferenciar os componentes de mesmo tipo. Exemplo: R1, R2, R3, C1, C34, Q1, etc...
OBSERVAÇÃO: No Brasil, quem determina quais os formatos dos símbolos, suas referências, bem como as normas do desenho esquemático é a ABNT - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS.
LETRA COMPONENTE LETRA COMPONENTE LETRA COMPONENTE R RESISTOR RL - K RELÉ F FUSÍVEL P POTENCIÔMETRO DZ DIODO ZENER J JACK C CAPACITOR AF ALTO FALANTE P PLUG B BATERIA LP LÂMPADA Y CRISTAL S CHAVE Q - TR TRANSISTOR M MEDIDOR D DIODO L INDUTOR
DIAGRAMA EM BLOCOS
Consiste de um sistema de organização em blocos funcionais no qual podemos dividir qualquer equipamento eletrônico. É especialmente útil quando desejamos mostrar o funcionamento de um equipamento sem entrarmos em por menores de seus circuitos. Qualquer equipamento poderá ser dividido em blocos para uma análise de funcionamento ou pesquisa de defeitos.
LAYOUT
É o padrão formado pelas pistas de cobre. O lay-out de uma placa muda de um circuito para outro.
42
2ª PRÁTICA
LAYOUT
1
–
Associação de resistores
OBJETIVOS
Desenvolver um layout para o diagrama elétrico proposto;
Montar o circuito proposto
DIAGRAMA ELÉTRICO
Vista superior
Vista inferior rebatida
MATERIAL UTILIZADO
Placa virgem de CI (fornecida pelo laboratório);
4 resistores (fornecidos pelo laboratório)
43 1. Com o auxílio de lapiseira, esboce no desenho da vista superior as ligações
elétricas do circuito.
2. Faça o rebatimento do desenho anterior para o desenho da vista inferior.
3. Separe uma placa virgem e com o auxílio e orientação do professor, proceda a limpeza e preparação da placa.
4. Com o uso da caneta de retro-projetor na cor azul ou preta, desenhe o layout executado no item anterior na placa de circuito impresso.
5. Usando o jaleco e auxiliado pelo professor, inicie o processo de corrosão por sal.
6. Com o auxílio do professor e usando o óculos de segurança e jaleco, proceda a furação da placa.
44
3ª PRÁTICA
LAYOUT
2
–
Fonte de Alimentação convencional sem
regulação
–
Estágios de retificação e filtragem
OBJETIVO
Desenvolver um layout para o diagrama elétrico proposto.
DIAGRAMA ELÉTRICO COM AS VISTAS SUPERIOR E INFERIOR
Vista superior Vista inferior
MATERIAL UTILIZADO
D1 e D2 – diodos 1N5402 ou 1N4007;
LED vermelho de 5mm;
R1 – resistor de 680 ohms ou 1K ohm de ¼ de Watt;
C1 e C2 – capacitores eletrolíticos de 4700 µF / 25V (micro Faradays / Volts DC)
PROCEDIMENTOS
1. Com o auxílio de lapiseira e réguas, esboce na vista superior as ligações elétricas do circuito.
45
4ª PRÁTICA
LAYOUT
3
–
Pisca-Pisca com LED
OBJETIVOS
Desenvolver um layout para o circuito proposto.
DIAGRAMA ELÉTRICO, VISTA SUPERIOR E INFERIOR
Diagrama elétrico
46
MATERIAL UTILIZADO
D1 – diodo LED de 5 mm;
R1 –resistor de 560 Ω / ¼ watt;
R2 –resistor de 100KΩ / ¼ watt;
R3 –resistor de 100KΩ / ¼ watt;
R4 –resistor de 560 Ω / ¼ watt;
C1 e C2 – capacitores eletrolíticos ou de tântalo de 10 µF / 25V;
T1 e T2 – transistores BC 548;
PROCEDIMENTOS
1- Com o auxílio de lapiseira, esboce na vista superior as ligações elétricas do circuito.
2- Consulte no apêndice 1 o datasheet do transistor BC548 para obter suas
dimensões e pinagens para a correta ligação elétrica.
3- Faça o rebatimento do desenho para a vista inferior ao lado direito.
47
5ª PRÁTICA
LAYOUT
4
–
Sequencial de LEDs
OBJETIVO
Desenvolver um layout para o circuito proposto;
Diagrama ELÉTRICO, VISTA SUPERIOR E INFERIOR
Diagrama Elétrico
Vista superior Vista inferior
48
D1 a D10 – diodo LED de 5 mm;
R1 –resistor de 560 Ω / ¼ watt;
R2 –resistor de 100KΩ / ¼ watt;
R3 –resistor de 100KΩ / ¼ watt;
R4 –resistor de 560 Ω / ¼ watt;
C1 – capacitor eletrolítico ou de tântalo de 1000 µF / 25V;
Chave seletora para as funções DOT/BAR – Microalavanca H-H;
Circuito Integrado de 18 pinos encapsulamento DIP-18;
PROCEDIMENTOS
1- Consulte no apêndice 2 o datasheet do encapsulamento DIP18.
2- Com o auxílio de lapiseira e réguas, esboce na vista superior as ligações elétricas do circuito.
3- Faça o rebatimento do desenho para a vista inferior ao lado direito.
6ª PRÁTICA
LAYOUT
5
–
Fonte de Alimentação convencional
49
OBJETIVOS
Desenvolver o layout para o circuito proposto;
Montar o circuito proposto;
DIAGRAMA ELÉTRICO
MATERIAL PARA DIAGRAMAÇÃO E MONTAGEM
T1 = TRANSFORMADOR - (120/220V - 12+12/1A)
D1 e D2 = DIODOS 1N4007
C1 = CAPACITOR eletrolítico 2200µF/25V
R1 = RESISTOR 470 Ohms (¼W)
R2 = RESISTORE : 470 Ohms (¼W)
LED1 = Diodo emissor de luz (LED) vermelho
Um suporte para o LED
CI1 = Circuito Integrado Regulador LM317
CH = CHAVE LIGA DESLIGA
PORTA FUSÍVEL PEQUENO
FUSÍVEL DE 0,5 A
Um borne vermelho
Um potenciômetro linear de 5 KΩ.
Um borne preto
Caixa plástica específica para Fonte de Alimentação
Rabicho com tomada macho (tomada + fio paralelo de 1,5mm²)
50
1 metro de cabinho vermelho
Chave H-H (media)
PROCEDIMENTOS
1- Meça as peças adquiridas para a elaboração da vista superior. Para o LM317, consulte o apêndice 3.
2- Esboce uma vista superior com os componentes distribuídos e as ligações elétricas do circuito.
3- Faça o rebatimento do desenho para a vista inferior ao lado direito.
4- Separe uma placa virgem e com o auxílio e orientação do professor, proceda a limpeza e preparação da placa.
5- Com o uso da caneta de retro-projetor na cor azul ou preta, desenhe o layout executado no item anterior na placa de circuito impresso.
6- Usando o jaleco e auxiliado pelo professor, inicie o processo de corrosão por sal.
7- Com o auxílio do professor e usando o óculos de segurança e jaleco, proceda a furação da placa.
51
7ª PRÁTICA
INTRODUÇÃO AOS COMPONENTES
SMD
OBJETIVO
Identificar os principais componentes SMD (surface mounted devices – dispositivos
de montagem em superfície).
INTRODUÇÃO
Os dispositivos de montagem de superfície são componentes eletrônicos caracterizados por serem fixados à placa de circuito impresso através de soldagem na superfície, não utilizando furação na placa.
Principais vantagens desta tecnologia:
Maior número de componentes por embalagem, menor área de armazenamento e tamanho menor do produto final;
Redução do tamanho final da placa de circuito impresso;
Redução do peso, ideal para fabricação de dispositivos portáteis (ex.: telefones celulares);
Ausência de terminais, diminuindo o índice de falhas por impacto ou vibração;
Eliminação de corte e retrabalho de terminais;
Maior número de conexões, proporcionalmente ao tamanho do invólucro, pelo uso de tecnologias e invólucros parecidos, como de BGAs e PLCCs;
Custo de produção menor, diminuindo consideravelmente o custo final dos equipamentos, devido à alta demanda de produção dos componentes SMD.
As principais desvantagens:
Manutenção mais difícil, pelo tamanho dos componentes e das ferramentas especiais;
Processo de fabricação mais sofisticado, dificultando a elaboração de protótipos e aulas didáticas;
Impossibilidade de executar montagens em proat-boards convencionais como os utilizados nos laboratórios de medidas.
TIPOS DE COMPONENTES SMD
Os componentes semicondutores SMD são feitos de silício (transistores, diodos, CIs) e é soldagem é executada no lado das trilhas, ocupando muito menos espaço numa placa de circuito impresso. Graças a esses componentes foi possível a invenção do telefone celular, dos notebooks, computadores de mão etc. Veja abaixo o exemplo de
52
Figura 1.1 - Resistores, capacitores e jumpers SMD
1. RESISTORES
Os resistores têm 1/3 do tamanho dos resistores convencionais. São soldados do lado de baixo da placa, pelo lado das trilhas, ocupando muito menos espaço. Têm o valor marcado no corpo através de três números, sendo o 3° algarismo correspondente ao número de zeros.
Ex: 102 significa 1.000 = 1 k.
Códigos para Resistores
Os valores são indicados por três ou quatro dígitos, sendo esta última notação mais rara. O último dígito é a quantidade de zeros a acrescentar aos primeiros. Quando o
53
Alguns resistores de precisão mais novos, com 1% de tolerância, possuem um código diferente do habitual. Têm dois dígitos que indicam o valor através de uma tabela (a seguir) e uma letra que é a multiplicação: A = x1; B = x10; C = x100; D = xl000; E = xl0000; F = x100000; X ou S = x0,1; Y ou R = x0,01. Veja nos quadros a seguir o como se identificam os resistores neste caso.
a.
JUMPERSOs jumpers (fios) vêm com a indicação 000.
2. CAPACITORES ELETROLÍTICOS
Alguns códigos dos capacitores eletrolíticos têm uma letra indicando a tensão de trabalho e um número que indica seu valor em pF: dois dígitos e um multiplicador. Outros têm o valor em µF e a tensão de trabalho marcados direíamente no corpo.
E = 2,5 V; G = 4 V; J = 6,3 V; A = 10 V; C = 16 V; D = 20 V; E = 25 V; V = 35 V; H = 50V.
54 Boa parte destes capacitores têm o corpo marrom ou cinza, sem a indicação do valor. Assim, as únicas soluções para saber seu valor são recorrer a um capacímetro ou usar o esquema elétrico do circuito. Porém, alguns têm o valor indicado no corpo através de uma ou duas letras seguidos de um número. A 1a letra indica o fabricante, a
2a o valor, através de uma tabela (abaixo), e o número indica os zeros a acrescentar.
2. INDUTORES
As bobinas têm encapsulamento de epóxi semelhante ao dos transistores e diodos. Existem dois tipos de eletrolíticos: aqueles que têm o corpo metálico, tal como os eletrolíticos convencionais, e os com o corpo em epóxi, semelhante ao dos diodos. Alguns têm as características indicadas por uma letra (tensão de trabalho) e um número (valor em pF).
Ex: A225 = 2.200.000 pF = 2,2 μF x 10 V (letra "A"). Veja a seguir:
55 Os semicondutores compreendem transistores, diodos e CIs; são colocados e soldados ao lado das trilhas. Os transistores podem vir com três ou quatro terminais, porém a posição dos terminais varia de acordo com o código. Tal código vem marcado no corpo por uma letra, número ou sequência deles, porém que não corresponde à indicação do mesmo. Por ex.: o transistor BC808 vem com indicação 5BS no corpo. Nos diodos, a cor do catodo indica o seu código, sendo que alguns deles têm o encapsulamento de três terminais igual a um transistor. Os CIs têm duas ou quatro fileiras de terminais. Quando tem duas fileiras, a contagem começa pelo pino marcado por uma pinta ou à direita de uma "meia lua". Quando têm quatro fileiras, o primeiro pino fica abaixo, à esquerda do código. Os demais pinos são contados em sentido anti-horário. Veja abaixo alguns exemplos de semicondutores SMD.
56
57
1ª PRÁTICA
DIODO ZENER
OBJETIVOS
Levantar a curva característica do Diodo Zener.
Avaliar o comportamento do Diodo Zener com alteração da tensão aplicada e da
carga.
INTRODUÇÃO
O Diodo Zener passa por um processo de dopagem específico, que lhe confere a característica de tensão de ruptura inversa baixa. É projetado para trabalhar nessa região (de ruptura inversa ou breakdown point), sendo sua condição normal de
polarização a reversa. É nela que surge sua principal característica: ao atingir a tensão de ruptura inversa mantém praticamente constante essa tensão nos seus terminais, independente da carga a ele aplicada.
Os diodos Zener são construídos para tensões de Zener (Vz) de diversos valores, assim como sua capacidade de dissipação de potência (Pz) também abrange ampla faixa.
Estes dois dados, Vz e Pz, devem ser obedecidos integralmente, pois, em caso contrário, podem acarretar a destruição do componente. Estes parâmetros, dentre outros, estão disponíveis nos manuais técnicos dos fabricantes.
A curva característica ao lado é semelhante à do diodo retificador. A principal diferença se encontra no valor da tensão de ruptura inversa (VR). No diodo retificador ela é alta e
não deve ser atingida, pois o produto dela pela corrente que passa a circular (o que dá a potência) certamente irá queimar o diodo. No Zener é baixa e, se o valor da corrente for limitado, a potência não danificará o diodo.
Como se vê no gráfico, a tensão inversa VR é aquela em que o diodo
começa a conduzir e a VZ fica no
joelho da curva, onde a tensão se torna aproximadamente constante, apesar da corrente variar intensamente.
APLICAÇÃO
58 O circuito básico para essa função é mostrado abaixo.
O resistor R1 é indispensável, pois limita a corrente pelo diodo, evitando sua queima.
Seu valor tem de ser tal que permita fluir uma corrente com intensidade suficiente para manter o diodo conduzindo (IZmin, obtida na folha de dados) e ainda alimentar a
carga.
A tensão V aplicada tem de ser maior que a tensão de zener. Nesse caso, o diodo conduz e mantém constante a tensão sobre RL (com valor VZ), pois fica em paralelo.
A diferença entre V e VZ fica sobre R1, causando perda de energia nesse resistor.
MATERIAL
Fonte de Alimentação DC ajustável
Multímetro
Protoboard
Diodo Zener com VZ = 5,6 V (ou 4,7 V ou 6,8 V) e PZ = 400 mW ou maior
1 resistor de 2,2 k 1 resistor de 220 (R1)
1 resistor de 330 (RL)
1 resistor de 470 (R2)
PROCEDIMENTO
1. Monte o circuito abaixo.
2. Utilizando a fonte de alimentação ajustável, aplique na entrada os valores de Vi constantes na tabela. Para cada valor de Vi meça o valor correspondente
de Vo (tensão sobre o diodo) e de Id (corrente no diodo), preenchendo a
tabela. Em seguida determine o estado do diodo (condução – ON – ou corte –
OFF).
59
Vi (V) Id (mA) Vo (V) Estado do diodo (ON/OFF)
10 8 6 4 2 1 0,5
0 -0,5
-1 -2 -4 -6 -8 -10
3. Esboce a curva característica do diodo, no gráfico abaixo, usando os valores da tabela.
I (mA)
