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LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA BÁSICA I – EE531
QUARTA EXPERIÊNCIA
ALUNOS:
Douglas Pagani Pereira
Kauê Tebaldi Mirada
Otavio Mateus Bernardi
RA 090954
RA 097650
RA 097650
Turma W
Turma W
Turma W
Data: 11/06/2012
1.
RESULTADOS DO EXERCÍCIO PREPARATÓRIO DA QUARTA
EXPERIÊNCIA
Nessa experiência será estudado o circuito amplificador de ganho controlado por
tensão com op amps e transistor JFET, representado na figura 1.
Figura1: Circuito amplificador de ganho controlado.
Foram feitas simulações em análise transiente e AC das tensões de saída do
opamp, no dreno do transistor e no resistor Ri, utilizando o software PSpice. Foram
utilizados 4 valores diferentes para a tensão Vfet: 0, -3, -6 e -9 V. A amplitude da tensão
Ve foi mantida em 1V.
As figuras 2 a 9 mostram as simulações obtidas. Pode-se observar que conforme
o valor absoluto de Vfet aumenta, o ganho de tensão diminui.
Figura 2: Análise Transiente para Vef = 0.
Figura 3: Análise AC para Vef = 0.
Figura 4: Análise Transiente para Vef = -3 V.
Figura 5: Análise AC para Vef = -3 V.
Figura 6: Análise Transiente para Vef = -6 V.
Figura 7: Análise AC para Vef = -6 V.
Figura 8: Análise Transiente para Vef = -9 V.
Figura 9: Análise AC para Vef = -9 V.
2.
RELATÓRIO DA QUARTA EXPERIÊNCIA
2.1 INTRODUÇÃO
Neste relatório será analisado o controlador de ganho do amplificador e um
retificador e detector de envoltória.
Mantendo a frequência 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 a limitação de sinais muito altos.
2.2 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 funcionamento do circuito se resume a alterar o ganho dado pelo amplificador
ao sinal de entrada de acordo sua intensidade, ou seja, para sinais muito fortes o circuito
reduz o ganho enquanto para sinais fracos o circuito amplia o ganho do amplificador.
Este circuito de ganho controlado permite que evitemos distorções do sinal de
entrada devido a um pico elevado de tensão, assim evitando a saturação do
amplificador. Para isto será usado um transistor JFET que opera como se fosse um
resistor variável não linear entre a fonte e o dreno.
O ganho é dado por:
G = 1 + 4,7k / (2,2k + Rn)
Onde Rn é a resistência variável em função da tensão no JFET.
2.2.1 Resultados Experimentais
Com o jumper, foi feita a varredura em tensão com um sinal de 1Khz,
apresentada na Figura 1 abaixo.
Figura 10: Varredura em Tensão para um sinal de 1kHz – Com Jumper
Pela análise do gráfico, verifica-se que o ganho gira em torno de 3, conforme era
esperado.
Sem o jumper, foi feita a Varredura 2 abaixo. Quando o circuito está sem
jumper, ou seja, a tensão Vfet no gate do JFET é variável, então a resistência entre o
dreno e a fonte do transistor será variável e não-linear. Com o aumento da tensão, a
resistência entre dreno e fonte aumentará, como podemos observar no comportamento
decrescente do gráfico acima e portanto o ganho diminui.
Figura 11: Varredura em Tensão para um sinal de 1kHz – Sem Jumper
Na figura 12, está representada uma forma de onda obtida com o ganho sendo
controlado. Podemos ver na forma de onda que o amplificador segura o ganho máximo.
A semi onda negativa tem amplitude maior que a semi onda positiva.
Figura 12: Amplificação do sinal de entrada
2.3 CIRCUITO RETIFICADOR E DETECTOR DE ENVOLTÓRIA
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, 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.
2.2.1 Simulações e Resultados Experimentais
Para que fosse possível ver a retificação de meia onda, aplicamos um sinal
senoidal na entrada e verificamos o sinal de saída no ponto do circuito acima do
capacitor C13. Fizemos uma análise para baixa freqüência (10Hz) e alta freqüência
(5kHz).
Abaixo estão as formas de onda obtidas com auxílio do osciloscópio.
Figura 13: Retificação do sinal de entrada para baixas frequências.
Figura 14: Retificação do sinal de entrada para altas frequências.
Para baixas frequencias observa-se que o sinal de entrada (em verde) é retificado
e invertido (curva amarela), conforme esperado.
Para alta freqüência (5kHz) o capacitor não tem tempo suficiente para manter-se
carregado. Devido a isto, a forma de onda se assemelha a uma reta, ou seja, o sinal de
entrada é retificado.Este sinal retificado é usado para variar a resistência entre fonte e
dreno do JFET, de forma a controlar o ganho do sinal.
Em seguida fizemos uma varredura em tensão para verificar a relação existente
entre o sinal de entrada e o sinal de saída do circuito retificador.
Obtivemos o seguinte gráfico para esta varredura:
Figura 15: Varredura em tensão para sinal verificado na saída do Retificador
Podemos ver que a tensão de saída do circuito retificador varia linearmente com
relação à tensão de entrada, pois o circuito apenas retifica o sinal.
2.4 CONCLUSÕES
Apesar de pequenas variações o ganho no amplificador controlado, explicitado na
primeira varredura, corresponde ao ganho no circuito com jumper teorico. 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. Já para altas
freqüências o circuito se comparta como um detector de envelope.
3.
NOTIFICAÇÃO DE PROBLEMAS COM O KIT UTILIZADO
Não foram observados problemas.