8,0 - demic

LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA BÁSICA I – EE531
SEGUNDA EXPERIÊNCIA
ALUNOS:
Carlos Monteiro
Cícero Silva Luiz Jr
RA 094698 Turma W
RA 090761 Turma W
Data: 13/04/2012
Bancada: 1
1.
Resultados do Exercício Preparatório da SEGUNDA Experiência
1.
Circuito equalizador
Observa-se que se trata de um amplificador com filtros de freqüência. Cada um
desses filtros é responsável por selecionar qual faixa deve ser amplificada. Também se
nota que, como na experiência anterior, há um filtro passa-altas na entrada e um filtro
passa-baixas na saída, implementados por capacitores.
Fig.1 – Diagrama do circuito equalizador.
Fig.2 – P1 = 0.5, P2 = 0.5 e P3 = 0.5
Com os potenciômetros na posição 0.5, sabe-se que a resistência entre o pino deslizante
e a entrada do potenciômetro passa a ser de 25K. Devido a isso, o amplificador passa a
operar como um seguidor de tensão. Também é possível perceber que, devido ao filtro
passa-baixas na saída, sinais com freqüência acima de 100KHz são filtrados. Pode-se
entender este comportamento como um filtro passa-baixas.
Fig.3 – P1 = 1, P2 = 0.5 e P3 = 0.5
Com o potenciômetro 1 na posição 1, sua resistência entre o pino deslizante e a entrada
do potenciômetro passa a ser 0. Devido a isso, nota-se que há um alto ganho para altas
freqüências (cerca de 12x). Como no gráfico anterior, freqüências acima de 100KHz são
filtradas pelo filtro passa-baixa presente na saída.
Fig.4 – P1 = 0.5, P2 = 1 e P3 = 0.5
Com o potenciômetro 2 setado em 1, obsera-se que, dessa vez, o maior ganho
concentra-se na faixa de médias freqüências. Contudo, nota-se que o ganho máximo
para médias freqüências é menor que o ganho máximo para altas freqüências.
Fig.5 – P1 = 0.5, P2 = 0.5 e P3 = 1
Com o potenciômetro 3 setado em 1, o ganho passa a ser nas faixas de baixa freqüência.
Contudo, o ganho máximo para baixas freqüências passa a ser menor que o ganho
máximo para médias freqüências.
Fig.6 – P1 = 0, P2 = 0.5 e P3 = 0.5
Como esperado, ao setar o potenciômetro 1 na posição 0, o circuito passa a se
comportar como um passa-baixas, apresentado os mesmos ganhos para freqüências
médias e baixas mas, contudo, com forte atenuação para altas freqüências.
Fig.7 – P1 = 0.5, P2 = 0e P3 = 0.5
Devido ao fato do potenciômetro 2 estar setado em 0, o circuito passa a se comportar
como um passa-faixa, com forte atenuação em todas as freqüências influenciadas pelo
conjunto de potenciômetro e capacitores do setor MID do circuito. Além disso, sinais
com freqüências acima de 100KHz também são filtrados.
Fig.8 – P1 = 0.5, P2 = 0.5 e P3 = 0
Também como esperado, devido ao fato do potenciômetro 3 estar setado em 0, observase que o circuito se comporta como um passa faixa, atenuando baixas freqüências e
permitindo passagem de sinais com freqüências entre aproximadamente 300Hz e
30KHz.
Fig.8 – P1 = 0, P2 = 0.5 e P3 = 1
Obervamos que houve um ganho de aproximadamente 6 vezes nas faixas de baixa
frequência, alem de forte atenuação para freqüências superiores a 1Khz.
Por fim, pode-se dizer que o circuito se trata de um amplificador por faixa. A posição do
P1 influencia na amplificação de sinais com alta freqüência (entre 10KHz e 30KHz), de
tal forma que, quando ele está em 0 a amplificação é máxima, e quando ele está em 1 a
amplificação é mínima. O mesmo vale para P2 e P3, com a ressalva que P2 é
responsável pelos sinais de média freqüência (entre 300Hz e 10KHz) e P3 é
responsável pelos sinais de baixa freqüência (entre 1 e 300Hz)
2.
Relatório da segunda Experiência
1.
Introdução
Neste experimento analisaremos o comportamento do circuito equalizador
proposto, que nada mais é do que um amplificador com ganhos ajustáveis por
potenciômetros para diferentes faixas de frequências. A análise será baseada em uma
varredura de frequência de 1Hz a 1MHz. Para tanto, colocou-se na entrada um sinal
com amplitude constante, variando sua frequência nesse intervalo mencionado. Essa
análise foi repetida para cada combinação de estados dos potenciômetros:
a.
b.
c.
d.
e.
f.
g.
h.
Low = 0; Mid = 0.5; Hi=0.5.
Low = 1; Mid = 0.5; Hi=0.
Low = 1; Mid = 0.5; Hi=0.5.
Low = 0.5; Mid = 0; Hi=0.5.
Low = 0.5; Mid = 1; Hi=0.5.
Low = 0.5; Mid = 0.5; Hi=0.
Low = 0.5; Mid = 0.5; Hi=1.
Low = 0.5; Mid = 0.5; Hi=0.5.
2.
Circuito equalizador
Comentários sobre o comportamento e funcionamento do circuito e
discrepâncias entre a simulação e o circuito testado.
1.
1.
Simulação: (Fig8)
Simulações e Resultados experimentais
Para a primeira simulação, fazemos a comparação entre o
simulado e o obtido na experiência:
Experimental:
Como pode-se observar, houve grande correspondência entre os valores
simulados pelo PSPICE e os valores obtidos de forma experimental. As pequenas
discrepâncias notáveis (tais como o pico na simulação ser de 1V e no experimental ser
de 1.2V) deve-se, principalmente, à imprecisão do potenciômetro utilizado.
2.
Simulação: (Fig9)
Para a SEGUNDA simulação, fazemos a comparação
entre o simulado e o obtido na experiência
Experimental:
Aqui também pode-se perceber uma grande semelhança entre o esperado e o que
foi medido. Contudo, a semelhança é menor que no primeiro caso. Vale ressaltar que,
no simulador a linha vermelha representa a saída, enquanto no experimental a linha
vermelha representa a relação entre saída e entrada. Isso explica o fato de, na simulação
a linha vermelha começar abaixo de 1V, enquanto no experimento ela se inicia a partir
de 4,5.
3.
Para a TERCEIRA simulação, fazemos a comparação
entre o simulado e o obtido na experiência
Simulação: (Fig5)
Experimental:
Assim como o esperado, também houve grande semelhança entre o gráfico feito
pelo simulador PSPICE e o obtido de forma experimental. Assim como no caso
anterior, vale ressaltar que, no gráfico simulado a linha vermelha significa a saída,
enquanto no gráfico prático a linha vermelha representa a relação entre saída e entrada.
4.
Simulação: (Fig7)
Para a QUARTA simulação, fazemos a comparação entre
o simulado e o obtido na experiência
Experimental:
Aqui também há uma grande semelhança entre o esperado e os resultados
práticos. Deve-se contudo notar uma pequena anormalidade entre o simulado e o
medido para as frequencias entre 100K e 1M: Esperava-se que, a partir de 100K a
relação Vsaída/Ventrada continuasse decaindo devido às reatâncias. Contudo nota-se
que há uma breve queda seguida de uma recuperação.
5.
Simulação: (Fig4)
Para a QUINTA simulação, fazemos a comparação entre
o simulado e o obtido na experiência
Experimental:
Aqui também houve grande semelhança entre os dados simulados e os dados
obtidos de forma experimental. Nota-se contudo, que o ganho para as frequencias
médias (1KHz ~ 10KHz) no simulador tem um ganho máximo de até 4,5 vezes,
enquanto na prática esse ganho não chegou em 3,5 vezes. Atribui-se às imprecisões dos
potenciômetros e resistores essa discrepância observada.
6.
Simulação: (Fig6)
Para a SEXTA simulação, fazemos a comparação entre o
simulado e o obtido na experiência
Experimental:
Assim como o esperado, os resultados práticos foram muito próximos dos
simulados no PSPICE. Assim como em alguns casos anteriores, considerar que o
gráfico simulado mostra a saída na linha vermelha enquanto o gráfico prático mostra a
relação saída/entrada.
7.
Simulação: (Fig3)
Para a SETIMA simulação, fazemos a comparação entre o
simulado e o obtido na experiência
Experimental:
Aqui também houve grandes semelhanças entre os dados obtidos à partir do
simulador e os dados obtidos de forma prática. Surpreendentemente, contudo, o ganho
obtido de forma prática foi superior ao teórico para altas frequencias. Isso pode ser
atribuído às imprecisões dos resistores e capacitores presentes no circuito.
8.
Simulação: (Fig2)
Para a OITAVA simulação, fazemos a comparação entre
o simulado e o obtido na EXPERIÊNCIA.
Experimental:
Aqui também há grande semelhança entre os gráficos obtidos de forma prática e
os gráficos obtidos à partir do simulador. Notar que as escalas dos gráficos comparados
são amplamente diferentes, mas que os resultados mostrados por eles são bem
próximos.
a.
Para a nona simulação, fazemos a análise para diferentes níveis de
amplitude de tensão de entrada para a configuração Low = 0.5; Mid =
0.5; Hi=1.
Amplitude de 1V:
Amplitude de 100mV:
Apresentamos as formas de onda do osciloscópio para a frequência de 1Mhz:
Amplitude de 1V:
Amplitude de 100mV:
Observamos que para a entrada com amplitude de 100mV a saída tem qualidade
superior à saída do sistema cuja entrada é de 1V de pico a pico, a qual ficou triangular,
aferindo pouca qualidade ao sistema amplificador para tais parâmetros de entrada,
(1Vpp, 100MHz).
Este efeito de triangulamento da senoide na saída é explicado pelo Slew Rate,
(velocidade de varrimento), do amplificador, que é a velocidade de resposta à uma
variação de tensão na entrada. Se a derivada da função na entrada no amplificador for
maior que o Slew Rate definido, o sistema não consegue responder a tempo,
deformando a saída.
Sabemos que, para uma mesma frequência de senóide, quanto maior for a
amplitude do sinal, maior será a sua derivada. Dessa forma, o que podemos afirmar é
que o modulo da derivada do sinal Vin = 0,5*sen(2*pi*10^6*t), que é |dVin/dt| =
0,5*2*pi*10^6 é maior do que o Slew Rate do amplificador.
De acordo com o Data-Sheet do fabricante (consideramos que o amplificador
utilizado foi o LF411), a taxa Slew Rate é de 8V/us, o que aparentemente é uma
incoerência, uma vez que a derivada da nossa entrada é de (pi V/us), no entanto, devido
à proximadade dos valores, é possível que a distorção ocorra.
3.
Conclusões
Concluímos que o sistema equalizador é um circuito de grande utilidade pois
além de amplificar o sinal, ele nos possibilita ajustar qual será a faixa de frequência que
será mais fortemente amplificada e qual será atenuada.
Esse ajuste foi feito por potenciômetros, os quais nos possibilitam um fácil
controle para fins de estudo. Caso a aplicação exigisse maior precisão, poderiamos
pensar em um ajuste digital de resistência, ou alguma construção com transistores.
Outro fator que afere menos precisão ao sistema é a baixa precisão dos resistores
e principalmente dos capacitores, as quais variam em torno de 5% e até 20%,
respectivamente.
Por fim, observamos o efeito de triangulamento da saída, quando injetamos na
entrada uma onda senoidal de amplitude de 1Vpp e f=1MHz. Como abordado, o sinal
varia tão rapidamente que o amplificador não consegue responder com qualidade,
danificando o sinal na saída.
3.
Notificação de Problemas com o kit utilizado
Não percebemos problemas com o kit.