8,7 - demic

LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA BÁSICA I – EE531
SEGUNDA EXPERIÊNCIA
ALUNOS:
Maiane Noronha
Eliabe Queiroz
RA 092145 Turma W
RA 091000 Turma W
Data: 23/04/2012
Bancada: 2
1.
RESULTADOS DO EXERCÍCIO PREPARATÓRIO DA SEGUNDA EXPERIÊNCIA
1.1 CIRCUITO EQUALIZADOR
O circuito equalizador de três faixas (graves, médios e agudos) a ser estudado
foi utilizado para uma primeira análise teórica sobre o comportamento das respostas
em frequência de acordo com as variações das posições de P1, P2 e P3 que seguem na
tabela do lado direito do circuito. O circuito feito no Pspice é mostrado abaixo.
Fig.1 – Diagrama do circuito equalizador de três faixas.
Para comparação com o experimento, nomearemos:
P1 = High
P2 = Med
P3 = Low
Simulamos o circuito (análise transiente) na situação indicada no arquivo
esquemático (Pre-amp.sch). Segue os 7 gráfico das respostas em frequência obtidas do
circuito equalizador no Pspice:
Fig.2 – P1=0, P2=0.5, P3=0.5
Na posição P1, com o set=0 já existe uma tensão medida de 0.25V e vem
crescendo a tensão conforme aumenta a frequência numa faixa de 1Hz a 100Hz.
Já na P2 e na P3 temos um set=0.5, o que faz com que haja um aumento de
tensão de 100Hz até um pico de tensão em +/- 700Hz, começando a cair bruscamente
a partir dai até 10kHz, onde atenua-se a queda até 100kHz.
Fig.3 – P1=1, P2=0.5, P3=0.5
Na posição P1, com o set=1 a tensão começa com um valor baixo e vai
crescendo conforme aumenta frequência numa faixa de 1Hz a 1KHz.
Já na P2 e na P3 temos um set=0.5, o que faz com que haja um aumento de
tensão de 100Hz até um pico de tensão em +/-60kHz, caindo um pouco até 100kHz.
Fig.4 – P1=0.5, P2=0, P3=0.5
Na posição P1, com o set=0.5 a tensão começa com um valor pequeno e vai
crescendo conforme aumenta frequência numa faixa de 1Hz a 50Hz.
Já na P2 temos um set=0, o que faz com que de 50Hz até quase 5kHz tenha
uma queda abrupta de tensão.Mas, na P3 temos um set=0.5 novamente, fazendo com
que haja um crescente aumento na tensão até 100kHz.
Fig.5 – P1=0.5, P2=1, P3=0.5
Na posição P1, com o set=0.5 a tensão começa com um valor pequeno e vai
crescendo conforme aumenta frequência numa faixa de 1Hz a 50Hz.
Já na P2 temos um set=1, o que faz com que tenha um abrupto aumento de
tensão de 50Hz até quase 5kHz (pico de tensão). Mas, na P3 temos um set=0.5
novamente, fazendo com que haja uma queda na tensão até 100kHz.
Fig.6 – P1=0.5, P2=0.5, P3=0
Nas posições P1 e P2, ambas com o set=0.5, vemos que a tensão começa com
um valor pequeno e vai crescendo conforme aumenta frequência numa faixa maior de
1Hz a +/- 2kHz (pico de tensão). Na P3 temos um set=0, fazendo com que pare este
crescimento e mantenha um valor constante até 50khz, onde começa uma leve queda
na tensão até 100kHz.
Fig.7 – P1=0.5, P2=0.5, P3=1
Nas posições P1 e P2, ambas com o set=0.5, vemos que a tensão começa com
um valor pequeno e vai crescendo conforme aumenta frequência numa faixa maior de
1Hz a 50Hz (pico de tensão). Na P3 temos um set=1, fazendo com que haja uma queda
abrupa de tensão até 1khz, onde a tensão se mantém constante até 100kHz.
Fig.8 – P1=0.5, P2=0.5, P3=0.5
Nas posições P1, P2 e P3, todas com o set=0.5, vemos que a tensão de maneira
geral acompanha o sinal da entrada, como uma crescente tensão até 50Hz, se
mantendo constante até 50kHz e decrescendo levemente até 100kHz.
Podemos observar dos gráficos gerados da análise em frequência, que cada
posição de set em um dos potenciômetros determina se amplifica ou atenua a tensão
de uma determinada faixa de frequência.
P1 - Altas frequências (High)
P2 - Frequências Médias (Med)
P3 - Baixa frequência (Low)
Se o set = 1, o ganho de tensão é maior que 1 na faixa de frequência.
Se o set = 0.5, dá um ganho aproximadamente igual a 1 na faixa de frequência.
Agora, se o set = 0, a tensão atenua na faixa de frequência.
2.
RELATÓRIO DA SEGUNDA EXPERIÊNCIA
2.1 INTRODUÇÃO
Chamamos de equalizadores aos circuitos que modificam a resposta de
freqüência de um sistema de acordo com as necessidades, seja para compensar as
deficiências acústicas de um local, obter o timbre que desejamos para um
determinado instrumento, ou atender a um padrão como o RIAA, que compensa as
características de gravação e reprodução dos discos de vinil com cápsulas magnéticas.
Os equalizadores irão moldar a resposta de freqüência do sistema de forma mais suave
que os filtros, tendo sua ação limitada à cerca de +/- 15 dB, tipicamente.
Podemos dividir os equalizadores em:
1. Fixos, como os RIAA e NAB encontrados nos pré-amplificadores
para cápsulas magnéticas e gravadores de fita cassete ou de rolo. São
circuitos dedicados, incluídos nos equipamentos citados.
2. Variáveis, como os controles de tonalidade dos pré-amplificadores, os
equalizadores gráficos e os paramétricos ou semiparamétricos.
Os fixos têm suas características predeterminadas pela aplicação e não devem
ser alterados.
Os variáveis são ferramentas de trabalho para buscar a sonoridade que se deseja
em um sistema de som e conseguir o máximo de ganho antes da microfonia
(realimentação acústica).
2.2 CIRCUITO EQUALIZADOR
O modelo do circuito equalizador que utilizamos na parte experimental se
encontra a seguir.
Fig.9 – Circuito equalizador
O circuito da fig. 9 tem três potenciômetros P1, P2 e P3. A disposição desses
potenciômetros, resistores e capacitores no circuito faz com que o circuito atue de
uma forma que, P1 modifica os ganhos em alta frequência, P2 modifica o ganho em
frequências médias em torno de 3 kHz e P1 modifica os ganhos em frequências baixas,
entre 1 e 1 kHz.
2.2.1 Simulações e Resultados experimentais
Fazemos as varreduras em frequência 1Hz – 1MHz para as configurações de
posição dos potenciômetros das respectivas legendas:
Como explicado anteriormente o circuito equalizador altera os ganhos do
circuito para determinadas faixas de frequência.
Fig.10 – High=0.5, Med=0.5, Low=0
Na figura 10 podemos observar que os sinais de frequências mais baixas estão
sendo atenuados, a partir da frequência de 1kHz o ganho se aproxima de um até que o
circuito entra em corte, em um frequência superior a 200kHz, diferentemente do
circuito simulado, onde a frequência de corte ocorre pouco depois da frequência de
100 kHz.
Na maioria das simulações devido a uma escolha errônea de faixa de
frequências a serem analisadas não temos certeza de onde está a frequência de corte
da simulação.
Fig.11 – High=0.5, Med=0.5, Low=1
Na figura 11 podemos observar que o circuito apresenta ganho maior que 1 V/V
para baixas frequências, numa faixa aproximada de “0.1 < frequência < 1k Hz”, já que o
circuito deve cortar a componente CC e a 1kHz apresenta ganho igual a 1 V/V.
A simulação apresenta um comportamento semelhante, no entanto a
frequência de corte parece ser menor que a frequência de corte do circuito real.
Fig.12 – High=0, Med=0.5, Low=1
Nessa posição de potenciômetros o circuito apresenta ganho maior que um
para frequências menores que 1 kHz, Para frequências maiores que 1 kHz o circuito
passa a atenuar o sinal.
Essa posição dos potenciômetros não tem um equivalente na simulação. Porém
podemos estimar que deve ter um comportamento parecido, já que na simulação, em
que as altas frequências são atenuadas, a atenuação começa perto de 1 kHz.
Fig.13 – High=0.5, Med=0.5, Low=0.5
Nessa posição dos potenciômetros, o circuito apresenta ganho próximo de 1
V/V para frequências entre 1 kHz e 200 kHz, para frequências entre 2 Hz até próximo
100 Hz, o circuito apresenta um ganho de aproximadamente 0,75 V/V, o que difere do
circuito simulado, pois na simulação o circuito tem ganho 1 entre 1Hz até a frequência
maior que 100kHz.
Fig.14 – High=0, Med=0.5, Low=0.5
Na figura 14 o circuito apresenta ganho próximo de 1V/V para frequências
menores que 1 kHz, para frequências maiores que 1 kHz o circuito passa a atenuar o
sinal. A simulação se aproxima bastante do funcionamento do circuito, porém como na
figura anterior o ganho para frequências menores que 1kHz é um pouco diferente do
ganho da simulação. Provavelmente essa diferença deve ser relacionada a diferenças
entre o circuito simulado e o circuito real.
Fig.15 – High=0.5, Med=0, Low=0.5
Na figura 15 podemos observar que o circuito apresenta uma atenuação para
frequências em torno de 3kHz que se aproxima bastante do circuito simulado. Não
conseguimos ver a frequência de corte superior na simulação e nos dados adquiridos
em laboratório.
Fig.16 – High=0.5, Med=1, Low=0.5
Na figura 16 podemos observar que o circuito amplifica sinais de em torno de
3kHz que se aproxima bastante do circuito simulado, para as outras frequências o
ganho é de aproximadamente 1V/V. Não conseguimos ver a frequência de corte
superior na simulação e nos dados adquiridos em laboratório.
Nas figuras 14 e 15 pudemos observar que houve um aumento na banda de
passagem do circuito, que não apresenta indicação de uma frequência de corte
superior pelo menos até a frequência mais alta analisada no laboratório 1 MHz.
A seguir, nas figuras 17 e 19 podemos ver que o circuito apresenta ganho para
altas frequências.
Podemos observar que há uma diferença no ganho para os dados adquiridos
com 1 Vpp e 0.1Vpp, isso se deve ao slew rate do amplificador operacional, com 1 Vpp
rampa de subida do sinal supera o slew rate do amp op, ou seja o amp. op. não
consegue reproduzir a subida do sinal, fazendo com que a amplitude do sinal de saída
seja menor que a amplitude esperada. Nesse caso o ganho é menor que no caso onde
o sinal de entrada é 0.1 Vpp, isso porque um sinal com amplitude menor apresenta
rampa de subida com amplitude menor, não sendo limitada pela taxa de slew rate do
amplificador operacional.
Fig.17 – Fornecimento de onda de 1Vpp em f=1MHz
Fig.18 – High=0.5, Med=0.5, Low=1 com 1Vpp
Fig.19 – Fornecimento de onda de 100mVpp em f=1MHz
Fig.20 – High=0.5, Med=0.5, Low=1 com 100mVpp
Fig.21 – Datasheet NJM4580 - Slew Rate
Na figura 17 e 19 podemos comparar a saída do circuito para 1 Vpp e para 0,1
Vpp, e percebemos que para 1Vpp o sinal apresenta uma deformação no sinal de
saída, ao invés de ser uma onda senoidal, o sinal se parece com uma onda triangular, o
que não acontece para a onda com a amplitude de 0,1 Vpp.
Através de cálculos demonstrados a seguir, podemos observar que para um
sinal de 1Vpp e ganho de 10 V/V, deveremos ter uma frequência menor que 159 kHz
para que o sinal não sofra interferência do slew rate.
2.3 CONCLUSÕES
Nesse experimento pudemos observar o funcionamento do equalizador e como
ele altera os ganhos nas diferentes faixas de frequências através da posição dos seus
potenciômetros. Além de algumas diferenças que ocorrem na resposta em frequência
para configurações diferentes de potenciômetro, como por exemplo aumento da
banda de passagem do circuito.
3.
NOTIFICAÇÃO DE PROBLEMAS COM O KIT UTILIZADO
Não houve nenhum problema aparente com o kit 02, que foi o utilizado.