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LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA BÁSICA I – EE531
QUARTA EXPERIÊNCIA
ALUNOS:
Bruno E. Medina
Douglas T. Longhi
Marcos A. P. Andrade
RA 090548 Turma W
RA 093662 Turma W
RA 094146 Turma W
Data: 22/06/2012
RESULTADOS DO EXERCÍCIO PREPARATÓRIO DA QUARTA
EXPERIÊNCIA
CIRCUITO AMPLIFICADOR DE GANHO CONTROLADO
Figura 1 - Diagrama do circuito amplificador de ganho controlado.
Utilizando o Pspice, foi realizada a simulação do circuito amplificador de ganho
controlado mostrado na figura 1, o qual permite ter uma noção do que é esperado para o
circuito real que será utilizado em aula.
Feita a análise transiente, com a tensão Vfet variando (análise paramétrica), e
observando as tensões Vin e Vout. O resultado obtido é mostrado na figura 2. Em
seguida, foi feita uma análise AC com as mesmas configurações do item anterior e
observa-se a resposta do circuito. O resultado obtido é mostrado na figura 3.
Figura 2 - Análise transiente das tensões Vin e Vout.
Figura 3 - Análise transiente das tensões Vin e Vout.
LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA BÁSICA I – EE531
QUARTA EXPERIÊNCIA
ALUNOS:
Bruno E. Medina
Douglas T. Longhi
Marcos A. P. Andrade
RA 090548 Turma W
RA 093662 Turma W
RA 094146 Turma W
Data: 10/06/2012
1.
RELATÓRIO DA QUARTA EXPERIÊNCIA
1.1 INTRODUÇÃO
Neste relatório estudaremos o funcionamento do circuito amplificador utilizando
um ganho controlado. Teremos duas situações a serem estudadas: sem jumper – sem
retificação da forma de onda – e com o jumper. Em seguida será estudado o
comportamento com a forma de onda retificada.
Para estudo do circuito experimental trabalhou-se com varreduras em tensão para o
sinal de entrada e para o sinal na saída tanto do retificador quanto do amplificador
controlado. Mantendo a freqüência fixa e alterando a diferença de potencial podemos
observar como o ganho no amplificador se comporta com o aumento da ddp e também
como o retificador funciona para altas e baixas entradas.
Além das varreduras, utilizou-se também para análise as imagens de onda retiradas
do osciloscópio, através destas imagens é possível observar um pouco mais de como o
sinal se comporta ao passar pelo amplificador e pelo retificador e observar as alterações
causadas pelo ganho e na limitação de sinais muito altos.
O circuito utilizado nesta experiência corresponde ao canal esquerdo (Entrada IN L
e saída OurL) do circuito retratado na Figura 1.
Figura 1. Circuito do Experimento
1.2 CIRCUITO AMPLIFICADOR DE GANHO CONTROLADO
Para este experimento estudou-se o funcionamento de um amplificador de ganho
controlado construído a partir do uso de transistores JFET. Um circuito como esse tem
como objetivo impedir que o som de saída de um amplificador se torne muito forte em
alguns momentos, gerando o efeito de “quebrar o som” que ocorre em altas distorções
ou muito fraco, a ponto de não ser ouvido.
O amplificador de ganho controlado corresponde à terceira parte do circuito da
figura 1, sendo sua saída OurL e sua entrada a saída do primeiro amplificador. A parte
do amplificador que envolve o JFET pode ser considerada uma resistência de valor
variável (Rv) e o capacitor C11 pode ser desconsiderado para freqüências não muito
elevadas. Dessa forma, o op amp está na configuração não inversora e pode ser
representado simplificadamente pela figura 2.
Figura 2. Op amp na configuração não inversora.
O ganho é dado por:
G = 1 + R6/(Rv + R8)
A resistência Rv varia entre 200 e 15k (com o jumper e sem o jumper,
respectivamente). Sendo assim, os ganhos máximo e mínimo são dados por:
Gmáx = 1 +4.7/(2.2+0.2) = 2,96
Gmín = 1 + 4.7/(2.2+15) = 1,27
1.2.1 SIMULAÇÕES E RESULTADOS EXPERIMENTAIS
Em nossos experimentos o CH2 é a entrada e o CH1 é a saída. As medidas
foram realizadas no canal esquerdo. Com o jumper, foi feita a varredura do sinal de
entrada de 1kHz variando de 100mVpp até 8mVpp. A varredura é representada na
figura abaixo.
Figura 3. Varredura do sinal com o Jumper.
Pela análise do gráfico, verifica-se que o ganho gira em torno de 3, conforme era
esperado (Gmáx = 2,96).
Sem o jumper, foi feita a Varredura 2 abaixo, na qual notamos que o ganho de
tensão começa a cair, a partir da amplitude próxima de 3V, tendendo para um valor
próximo de 1.3, fato que já era previsto pela formula de ganho mínimo. Isso ocorre com
o intuito de não deixar que o amplificador sature para altas tensões.
Figura 4. Varredura do sinal sem o Jumper.
Em seguida foi obtido a forma de onda do osciloscópio com o ganho sendo
controlado, ou seja, sem jumper. Podemos observar que a forma de onda na saída está
sendo distorcida.
Figura 5. Amplificação sinal de entrada com distorção na saída
Lembrando que o CH2 é a entrada e o CH1 é a saída, podemos verificar através
da figura que a relação entre as amplitudes é de aproximadamente 3, valor esperado de
acordo com nossos cálculos.
1.3 CIRCUITO RETIFICADOR E DETECTOR DE ENVOLTÓRIA
Um circuito retificador é responsável por converter um sinal de corrente
alternada em um sinal de corrente contínua. Em nosso experimento, quando a tensão de
entrada é positiva a corrente não irá fluir pelo diodo D1 e estando os dois terminais do
amplificador aterrados, o circuito emitirá um sinal de saída equivalente ao sinal de
entrada invertido. Já quando o sinal de entrada é negativo, a corrente que irá fluir por
D1 fará com que o diodo D2 seja polarizado, quando isso ocorre, a tensão de saída será
anulada, desta forma, como explicado anteriormente, o sinal será retido para entradas de
tensão negativa.
O funcionamento como detector de envoltório é realizado graças ao capacitor
acoplado ao retificador. Quando o sinal passa pelo retificador ele irá carregar
rapidamente o capacitor, porém quando o sinal decai, o capacitor irá descarregar mais
lentamente que o sinal, impedindo uma queda muito brusca da onda.
1.3.1 SIMULAÇÕES E RESULTADOS EXPERIMENTAIS
Colocar os gráficos que mostram o funcionamento do circuito, uma forma de
onda retificada em baixa frequência e outra em frequência maior. Comentar sobre as
formas de onda e a relação entre o sinal de entrada e o de saída (varredura em tensão).
Na figura 6, foi realizada a varredura em tensão para o circuito retificador, com
o sinal de entrada com amplitude entre 100mVpp até 9Vpp e freqüência de 1kHz.
Observa-se a proporcionalidade entre os sinais de entrada e saída.
Na figura 7, é mostrada a forma de onda obtida para um sinal de entrada de 5Hz
(baixa frequência). Observa-se que o sinal de entrada (em verde) é retificado e invertido
(curva amarela), conforme esperado.
Figura 7. Forma de onda obtida pelo osciloscópio para baixas freqüências.
Na figura 8 está representado a forma de onda obtida para freqüência de 5kHz
(alta frequência). Para altas freqüências, o circuito se comporta como detector de
envoltória, com o capacitor carregando rapidamente, porém descarregando mais
lentamente que o sinal, impedindo uma queda muito brusca da onda, conforme
esperado.
Figura 8. Forma de onda obtida pelo osciloscópio para altas freqüências.
1.4 CONCLUSÕES
Apesar de pequenas variações o ganho no amplificador controlado, explicitado
na ‘Varredura 1’, corresponde ao ganho 2,96, no circuito com jumper, calculado em
teoria. Seu limite mínimo também respondeu ao esperado tendendo para o valor
próximo do esperado de 1,27, para o circuito sem jumper.
Já na analise do circuito retificador pudemos notar que com freqüências baixas o
capacitor não tem influencia no circuito fazendo com que a onda seja retificada e
invertida, como pode ser verificado na figura 13. Já para altas freqüências o circuito se
comparta como um detector de envelope mostrado na figura 14.
2.
NOTIFICAÇÃO DE PROBLEMAS COM O KIT UTILIZADO
No kit utilizado foi observado que o painel de LEDs da caixa onde o circuito foi
montado estava solto em relação ao painel, mas aparentava estar funcionando
normalmente.