8,5 - demic

LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA BÁSICA I – EE531
PRIMEIRA EXPERIÊNCIA
ALUNOS:
Carlos Ricardo C. Monteiro
Cícero Serafim
RA 094698 Turma W
RA 090761 Turma W
Data: 23/03/2012
Bancada: 1
1.
RESULTADOS
EXPERIÊNCIA
DO
EXERCÍCIO
PREPARATÓRIO
DA
PRIMEIRA
1.1 CIRCUITO PRÉ-AMPLIFICADOR
Trata-se de um circuito que permite amplificação de um sinal com várias faixas
de ganho. A intensidade do ganho é controlada por um potenciômetro, aqui
representado por Re1.
Percebemos também que o ganho do pré-amplificador será dependente da
freqüência, uma vez que temos um capacitor na entrada e outro na realimentação do
amp-op. Desta forma prevemos que para baixas freqüências, (e níveis de DC), o ganho é
baixo, bem como para altas freqüências, pois o capacitor Cp coloca a saída em curto
com a entrada inversora.
Fig.1 – Diagrama do circuito pré-amplificador.
Formas de Onda:
1 – Potenciômetro em s = 1.
Fig.2 – Amplificação com potenciômetro zerado. ( s = 1 ).
Comentários: como esperado, o ganho do amplificador depende da freqüência.
O mesmo é baixo para valores muito baixos (<1Hz) e valores relativamente altos
(>1MHz). Na faixa de amplificação o ganho para esta configuração é de 10.
2 – Potenciômetro em s = 0.5.
Fig.3 – Amplificação com potenciômetro zerado. ( s = 0.5 ).
Comentários: naturalmente a característica em freqüência não se altera, contudo
o ganho passou a ser unitário, devido a variação de posição do potenciômetro.
3 – Potenciômetro em s = 0.
Fig.4 – Amplificação com potenciômetro zerado. ( s = 0 ).
Comentários: o ganho para esta configuração foi reduzido em 10 vezes, passou
a ser de 0.1.
1.2 CIRCUITO DE NÍVEL 0 DBU
Comentários sobre o circuito.
Fig.5 – Diagrama do circuito de nível 0 dBU.
Formas de Onda:
1 – Análise DC Sweep
Fig.6. Detector de Nível – Comportamento DC
Ocorre um estado de transição entre 1,8 e 2,2 V. Observamos que para tensões de
entrada inferiores a 1,8V a saída é baixa, e alta para superiores a 2,2V.
2 – Análise Transiente
Fig.7. Detector de Nível – Comportamento Transiente
De acordo com o gráfico anterior, uma vez que o sinal na entrada não atinge o patamar
de 1,8V, a saída no detector de nível é constante em 1 V, (saída baixa).
2.
RELATÓRIO DA PRIMEIRA EXPERIÊNCIA
2.1 INTRODUÇÃO
Este experimento consiste de três partes: Primeiramente avaliou-se o ganho de
um pré-amplificador para três posições de seu potenciômetro (0, 50%, 100%). Para cada
uma destas posições foi feita uma varredura de 1KHz até 100KHz neste circuito. Em
seguida colocou-se na entrada do amplificador uma fonte com uma frequencia de
100KHz e mediu-se as formas de onda na saída do amplificador e nos pontos P1, P2 e
P3 do detector de nível. Por fim, colocou-se o potenciômetro em uma posição tal que
fosse possível acender o LED com 2Vpp na entrada e, em seguida, colocou-se um sinal
que varia de 0.5 a 4Vpp e observou-se o resultado na saída.
2.2 CIRCUITO PRÉ-AMPLIFICADOR
Podemos dizer que o circuito pré-amplificador se comportou de maneira
semelhante ao esperado. É visível o efeito de variação do ganho devido a alteração do
estado do potenciômetro, proporcionando uma amplificação de 0,1 até 10 vezes o valor
na entrada.
Como abordado no pré-relatório, o amplificador foi projetado para atender uma
certa faixa de frequência, de maneira que para as frequencias baixa e alta citadas, o
ganho é baixo.
2.2.1 Análise Teórica
Para s = 0, o ganho é de 0,1 e, portanto, o amplificador funciona como um
atenuador, diminuindo o sinal em 10 vezes.
Para s = 0,5, o amplificador opera como um seguidor de tensão.
Para s = 1, o amplificador proporciona um ganho de 10 vezes.
EXTRA – Valendo 1 ponto:
Demonstração do ganho para s qualquer:
2.2.2 Simulações e Resultados experimentais
1 – Potenciômetro com s = 0.
Fig.8. Pré-amplificador com potenciômetro em s = 0.
Comentários: observamos que há um ganho de aproximadamente 0,11, que é
diferente do esperado pela teoria, (0,1 ou 0,0909). Isso se deve, provavelmente, ao fato
de s não ser exatamente zero, mas apresentar certa resistência.
1 – Potenciômetro com s = 1.
Fig.9. Pré-amplificador com potenciômetro em s = 1.
Comentários: observamos que há um ganho de aproximadamente 9,9, que é
diferente do esperado pela teoria, (10 ou 10,0909). Isso se deve, provavelmente, ao fato
de s não ser exatamente 1, mas ser um pouco menor.
1 – Potenciômetro com s = 0.5.
Fig.10. Pré-amplificador com potenciômetro em s = 0,5.
Comentários: observamos que há um ganho de aproximadamente 1, que é
próximo do esperado pela teoria. Contudo as flutuações podem ser devido a possíveis
imprecisões no potenciômetro.
2.3 CIRCUITO DE NÍVEL 0 DBU
O circuito de nível 0 DBU pode ser utilizado para sinalizar o estado da entrada
quanto à sua amplitude, informando este estado, através de um Led e também de um
pino para de medição de tensão.
2.3.1 Análise Teórica
A entrada do circuito é proveniente do circuito pré-amplificador estudado
anteriormente. Dessa maneira, podemos utilizar o potenciômetro que controla o ganho
para controlar o nível de tensão a ser analizado.
É interessante salientar que o detector de nível fornece valores estáveis para
entradas que estão fora de sua faixa de transição. Isso se deve ao fato de que o valor de
tensão no pino de saída não tem ligação direta com a tensão na entrada, mas é
proveniente de uma fonte de tensão contínua de 15V.
Para identificar a faixa de tensão na entrada, (alta ou baixa), o circuito emprega
dois transistores que funcionam como chave, permitindo ou bloqueando a passagem de
corrente em determinados ramos do circuito.
Para um nível baixo de tensão na entrada, o transisto Q2 estará cortado, o
capacitor C3 está carregado, estabelecendo um nível de tensão na base de Q1 que o
polariza tornando-o uma chave fechada e, assim, possibilitando a passagem de corrente
entre seu coletor e seu emissor, o que faz com que a corrente prefira este circuito ao
caminho do led, deixando-o apagado.
Quando a tensão na entrada atinge um valor superior a 2,2V o transistor Q2 é
chaveado, (curto entre emissor e coletor), o capacitor C3 se descarrega abrindo o
transistor Q1 e assim interrompendo o fluxo de corrente que passava por este transistor.
Dessa forma, a corrente passa pelo Led, acendendo-o. O nível de tensão medido pelo
pino P3 é a própria tensão aplicada ao Led, a qual varia de acordo com o a cor do
mesmo. No nosso caso obtivemos por simulação um valor de 2,9V.
2.3.2 Simulações e Resultados experimentais
As figuras a seguir representam os sinais nos pinos P1 - P2 e P1 – P3.
Configuramos o ganho do potenciômetro de tal forma que o led acendesse com Vpp
igual a 2 volts.
A figura a seguir trata dos sinais P1 e P2:
Fig.11.Análise P1(verde) – P2(amarelo), com LED aceso
Observamos que, conforme a tensão na base de Q2 diminuia resistencia de
triodo do transistor começa a se elevar, tornando o nível de tensão, (queda), maior em
P2. Em seguida, a tensão em Q2 começa a aumentar. Quando a mesma atinge o nível de
0,7 o transistor se polariza, tornando-se um curto, o que leva a tensão em P2 a zero, pois
a mesma se conecta diretamente ao terra.
A figura a seguir trata dos sinais P2 e P3:
Fig.12. Análise P2(verde) – P3(amarelo), com LED aceso
Quando a tensão no ponto P.2 supera a tensão 0,7V transistor Q2, o mesmo
conduz levando o ponto P.3 pra terra apagando o Led. Quando a tensão no ponto 2 é
que 0.7V faz com que Q2 entre em corte, sendo a tensão em P.3 igual a Vd (tensão Led)
e o led acende.
2.4 CONCLUSÕES
Conclusão:
Na primeira parte do experimento observa-se que o pré-amplificador opera
muito proximo ao esperado pela teoria. Poucas distorções foram notadas, o que permite
afirmar que o modelo matemático utilizado para descrever o circuito é bastante preciso
para situações de propósito geral.
Quanto à segunda, observa-se que o circuito de detecção de nível também opera
próximo ao esperado pela teoria. Foi interessante analisar a utilização de transistores
como chave coordenando a transição
3.
NOTIFICAÇÃO DE PROBLEMAS COM O KIT UTILIZADO
Nesta experiência não nos deparamos com problemas relacionados ao kit
experimental.