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LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA BÁSICA I – EE531
QUARTA EXPERIÊNCIA
ALUNOS:
Cicero Silva Luiz Junior
Carlos Ricardo C Monteiro
RA 090761 Turma S/T
RA 094698 Turma W
Data: DD/MM/AAAA
Bancada: X
1.
Resultados do Exercício Preparatório da quartA Experiência
1.
Circuito amplificador de ganho controlado
Trata-se de um circuito amplificador de ganho controlado por tensão com amplificadores operacionais.
Simulações do PSPICE:
Variação de Vfet:
Figura 1- Gráfico de Tensão vs Tempo para a simulação paramétrica de vfet.
Observamos que, ao diminuir o valor de Vfet, ocorre um aumento da tensão no dreno do transistor J1. Isso
se deve ao fato a diminuição da tensão de Vfet faz com que o resistor Rfet1 drene uma corrente maior,
aumentando o módulo da tensão encima do transistor.
Variação de Vout
Figura 2- Vout vs Tempo.
Constatamos que, devido a diminuição de vfet a tensão na saída também diminuiu. Isso se deve à
diminuição do ganho geral do circuito.
Figura 3 – AC Sweep.
Podemos observar que esse circuito se comporta como um filtro passa-faixa. Ele cepa sinais de frequencias
inferiores a 5Hz bem como as superiores a 300kHz. Como objetivo desse circuito é lidar com dispositivos de
áudio, observa-se que ele está bem dimensionado, pois, para áudio, normalmente utiliza-se sistemas capazes
de lidar com frequências entre 20Hz e 20kHz.
(Passa altas)
(Passa baixas)
Fig.4 – Diagrama do circuito amplificador de ganho controlado.
2.
Relatório da quarta Experiência
1.
Introdução
Este experimento trata de análises feitas em um circuito amplificador com ganho controlado por
tensão utilizando amplificadores operacionais. Ao longo do experimento foram feitas varreduras em tensão
com e sem jumper, com o objetivo de avaliar a variação do ganho em relação a amplitude do sinal em
diferentes configurações. O circuito como um todo é composto por três grandes módulos: Um módulo de
amplificação, outro de controle e outro de retificação AC/DC.
2.
Circuito amplificador de ganho controlado
O circuito se comportou como o esperado, com apenas pequenas discrepâncias, que não afetam o resultado
da análise.
Simulações e Resultados Experimentais
Primeiramente, foram feitas varreduras em tensão com e sem o jumper Sw1a (cujo objetivo é ativar /
desativar o funcionamento do MOSFET). No sinal de entrada foi colocado um sinal com frequência de
1KHz, com amplitude variando de 100mV até 8V (pico-a-pico). Além disso, os potenciômetros foram
ajustados para ganho máximo.
Em seguida foi adquirida uma forma de onda do osciloscópio com o ganho ganho controlado (ou
seja, sem jumper) mostra que a forma de onda na saída fica distorcida.
Depois foi veita uma varredura em tensão adquirindo o valor do nível de saída do circuito retificador.
O sinal de entrada possuia frequência de 1KHz e tensão que variava de 100mV até 9V (pico-a-pico). A saída
do osciloscópio foi colocada no ponto OutDetL.
Por fim, foi adquirida uma forma de onda pelo osciloscópio da onda sendo retificada (OurDetL) para
uma frequência de 10Hz e outra forma de onda para uma frequencia de 5KHz. Em ambos casos a amplitude
do sinal era de 1Vpp.
1.
Figura 5 – Varredura em tensão com jumper.
O ganho é praticamente constante, independente da tensão de entrada (cerca de 3.1 vezes). O ganho é
constante, pois a variação da tensão de entrada não causa variação de outros parâmetros do circuito
amplificador (já que o circuito que se altera está aberto, devido ao aterramento, causado pelo jumper).
Devido à presença do jumper, o gate e a fonte do transistor Q1 estão em um mesmo potencial, o que
lhe confere um estado de corte, de maneira que alterações de corrente e tensão não produzam demais
alterações no circuito.
Figura 6 – Varredura em tensão sem o jumper
Como o esperado, o ganho diminui com o aumento da tensão de entrada. Isso acontece, pois a
variação da tensão de entrada causa uma variação de parâmetros do circuito que contém o resistor
controlado por tensão.
Com a ausência do jumper, ocorre passagem de corrente pelo resistor R11 causando um potencial
entre o gate e source do transistor Q1. Portanto, entre o drain e source haverá uma resistencia equivalente
que é dependente da tensão aplicada entre os terminais gate-source, que por sua vez depende da tensão de
entrada. Por fim, uma variação nessa resistência causa uma variação no potencial do drain, a qual contribui
para a variação do ganho.
Figura 7 – Forma de onda com ganho controlado
Observamos a saída do amplificador com o sistema de ganho controlado ativo, (sem o jumper) para
uma entrada senoidal com 5Vp e 1KHz. O ganho do amplificado, para essa configuração é
aproximadamente unitário e uma deformação na saída também é observada nas transições da polaridade dos
sinais.
3.
Circuito retificador e detector de envoltória
O circuito retificador é composto pelo amp-op 4580 e um arranjo de outros resistores, capacitores e
diodos. O circuito, portanto tem as funções de retificação e amplificação do sinal de entrada. Essa retificação
é de meia-onda e invertida enquanto a amplificação tem ganho constante que é da ordem de R3/R5 = 100/33
= 3.32 vezes.
Na saída do circuito há um filtro RC passa-baixas de frequência de corte data por 1/(2*pi*R7*C13)
3.1 Simulações e Resultados Experimentais
Para esta etapa do experimento, passamos a medir o sinal a partir de OurDetL, enquanto, no
procedimento anterior, ele estava sendo medido em OurL.
Foi feita uma analise em frequência com amplitude de tensão constante para que se pudesse analisar
a variação do ganho em função da frequência.
Figura 8 – Varredura em frequencia, Vpp = 1V (na entrada)
Para a realização desta parte do experimento a posição dos canais de saída foi modificada para a
saída do circuito retificador. A figura abaixo mostra a forma de onda da saída do circuito, onde a
capacitância de C13 pode ser desconsiderada (impedancia muito alta), em uma frequencia de 10 Hz.
O ganho do retificador é da ordem de 3.
Figura 9 – Retificador e detector de envoltória - Entrada senoidal, baixa frequencia
Para altas freqüências, o circuito irá se comportar como um detector de envelope, como podemos ver
na Fig. 10, onde a tensão de entrada apresenta freqüência 5KHz, medida pelo canal 1.
Figura 10 - Retificador e detector de envoltória - Entrada senoidal, alta frequencia
Observamos que para uma frequencia maior o sistema apresenta saída nula, uma vez que o capacitor
C13 possui uma impedância relativamente baixa em comparação com R7. Dessa forma o sinal acaba por ser
aterrado.
4.
Conclusões
Os resultados obtidos de forma experimental são bem próximos dos esperados pela teoria.
Para os casos em que o amplificador estava operando de forma controlada os valores máximo e
mínimo foram próximos ao esperado. A aterração do gate faz com que a resistencia do circuito JFET passe a
influenciar fortemente na saída do sistema, gerando o caso de ganho máximo. Por outro lado, ao colocar o
jumper, nota-se que a variação do ganho é proporcional à tensão de entrada, ou seja, controlado pela tensão
de entrada.
3.
Notificação de Problemas com o kit utilizado
Não notamos nenhum problema com o kit utilizado