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LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA BÁSICA I – EE531
TERCEIRA EXPERIÊNCIA
ALUNOS:
Douglas Pagani Pereira
Kauê Tebaldi Miranda
Otavio Mateus Bernardi
RA 090954 Turma W
RA 097650 Turma W
RA 092538 Turma W
Data: 27/04/2012
1.
RESULTADOS DO EXERCÍCIO PREPARATÓRIO DA TERCEIRA
EXPERIÊNCIA
1.1 CIRCUITO BARGRAPH
O circuito a ser estudado nesta experiência encontra-se abaixo:
Fig.1 – Diagrama do circuito bargraph.
O circuito mostrado é denominado Bargraph. Ele é composto, basicamente, por
comparadores e resistores. Os comparadores, no caso da simulação do Spice, foram
substituídos pelo somador, com uma das entradas invertidas, ou seja, este componente
tem na saída a diferença entre dois sinais de entrada. Esta saída recebe um alto ganho,
de 1000 vezes, entretanto tem seu valor limitado entre 0 e 5 V. Deste modo, quando a
entrada positiva (não invertida) for maior que a entrada invertida, a saída positiva será
amplificada 1000 vezes, porém limitada em 5V. Assim, por menor que seja a diferença
entre as duas tensões, a saída será 5V. Caso contrário, com o módulo da entrada
negativa maior, a saída será limitada em 0V. Portanto, o funcionamento do comparador
é o seguinte: Entrada positiva maior que a entrada invertida resulta em 5V na saída.
Entrada invertida maior, 0V na saída. Como as entradas são analógicas, o caso das duas
tensões de entrada iguais é praticamente inalcançável, porém, se acontecesse, resultaria
em 0V na saída, pois a diferença entre ambos seria 0, e qualquer amplificação ainda
resultaria 0V.
Feita a análise dos comparadores, pode-se analisar o circuito como um todo.
Existe um divisor de tensão gerando 12 tensões diferentes, como indicado na figura 1.
Observa-se que as tensões vão crescendo a cada resistor e, obviamente, a tensão no
resistor mais próximo ao potencial de terra é a menor, e a tensão no resistor seguinte é
sempre maior que o resistor anterior e menor que no próximo. Esta análise é trivial, mas
importante pra descrever o funcionamento do circuito. Com as 12 tensões disponíveis
como descrito, cada uma delas é ligada à entrada negativa de um comparador. Já as
entradas positivas de todos os comparadores são ligadas ao sinal de entrada. Desta
forma o sinal de entrada é comparado a 12 valores diferentes. Se a entrada for maior que
todos os 12 valores, todos os comparadores terão saída igual a 5V. Se a tensão de
entrada for maior que a tensão do sexto resistor, a saída de todos os 6 comparadores
com tensão menor que a de entrada serão 5V. Desta forma, todos comparadores com
tensão na entrada invertida menor que a tensão de entrada terão 5 V na saída. Se forem
ligados LEDs à saída dos comparadores, tem-se uma indicação visual do valor de
entrada: acendem todos os LEDs que representam tensões menores que a tensão de
entrada.
Feita a análise teórica do circuito, realizou-se a simulação no Pspice. O resultado
é mostrado na figura abaixo:
Fig. 2 – Simulação do circuito bargraph, com a entrada variando de 0 a 10V
No gráfico pode-se observar o comportamento descrito anteriormente:
quando a tensão de entrada ultrapassa um dos 12 valores setados nos resistores (valores
mostrados na figura 1), a saída com comparador correspondente vai para 5V. Nota-se
grande concentração de valores no início da escala e o espaçamento entre valores vai
aumentando quanto maior a tensão. Isto é característica de escala logarítmica. Para
comprovar esta escala, deve-se partir da definição de dB:
VdB= 20 log10(V/V0)
Em nosso circuito é indicado que Vo=16 V, portanto para a tensão de cada
resistor podemos calcular o valor em dB equivalente e assim comparar como valor em
dB indicado no circuito. Usando a fórumla acima e o Vo dado é posível montar a tabela
abaixo:
Vindicada dBcalculado db indicado
0,041
-31,83
-30
0,1289
-21,88
-20
0,4732
-10,58
-10
0,715
-7,00
-7
1,06
-3,58
-4
1,3
-1,80
-2
1,65
0,27
0
2,02
2,02
2
2,47
3,77
4
3,43
6,62
7
4,89
9,70
10
8,99
14,99
Tabela 1 – Tensão em cada um dos resitores e o seu valor em dB equivalente calculado
comparado ao valor indicado no circuito
Na tabela 1 observa-se que os valores indicados no circuito ficam realmente
próximos aos valores indicados no circuito, com erro de, no pior dos casos, 10%. Assim
comprova-se a utilização da escala logrítmica
2.
RELATÓRIO DA TERCEIRA EXPERIÊNCIA
2.1 INTRODUÇÃO
Neste experimento foi analisado o circuito de “Bargraph” da figura 3 abaixo.
Figura 3 – Circuito de Bargraph
Este circuito funciona como um comparador de tensões e será explicado a seguir
com mais detalhes.
2.2 CIRCUITO BARGRAPH
Partimos com um sinal de entrada e com uma tensão contínua fixa que, ao passar
por resistores, vai diminuindo. O circuito possui 2 fileiras que realiza 12 comparações
cada, somando um total de 24 comparações, as quais podemos visualizar cada resultado
observando os 24 LEDs da placa. Caso o LED acenda, quer dizer que o sinal de entrada
do comparador em questão possui tensão maior que a entrada contínua decaída pelo
número de resistores em série. Caso o LED fique apagado, a tensão contínua naquele
ponto é menor que a tensão CC e então o coletor do transistor do comparador deixa de
puxar corrente. A explicação mais detalhada encontra-se na parte da simulação do
circuito equivalente.
2.2.1 Simulações e Resultados experimentais
Foram realizadas medições de tensão nos resitores R7 ao R19 com o auxílio de
um multímetro. Assim, formamos a tabela 1.
Tensão [V]
R13
1,63
R7
14,93
R8
8,95
R9
4,87
R10
3,42
R11
2,45
R12
2,08
R14
1,28
R15
1,05
R16
0,71
R17
0,47
R18
0,13
R19
0,04
Tabela 2 – Medições de tensão do R7 ao R19
Para podermos comparar as tensões, temos abaixo a tabela 2, a qual indica os
valores nominais das resistências do circuito.
Resistor Resistência (Ω)
R7
8200
R8
5600
R9
2000
R10
1300
R11
510
R12
620
R13
470
R14
330
R15
470
R16
330
R17
470
R18
120
R19
56
Tabela 3 – Valores nominais das resistências do circuito
Temos então que o valor da resistência equivalente da tensão CC é de 20476 Ω
(Soma do R7 ao R19). Então, como a tensão CC é de 15V, temos uma corrente de
aproximadamente 0,73mA. Então, podemos montar a tabela 3, que corresponde aos
valores de tensão esperados em cada resistor.
Resistor Resistência (Ω) Tensão (V)
R7
R8
8200
5600
14,94748
8,96148
R9
2000
4,87348
R10
1300
3,41348
R11
510
2,46448
R12
620
2,09218
R13
470
1,63958
R14
330
1,29648
R15
470
1,05558
R16
330
0,71248
R17
470
0,47158
R18
120
0,12848
R19
56
0,04088
Tabela 4 – Valores nominais de tensões nos resistores
Podemos observar que os valores da tabela 3 estão muito próximos da tabela 1.
Sabemos que na tabela 3 temos um erro devido à aproximação do valor de corrente CC
do circuito e que na tabela 1 temos erros de medições devido aos erros percentuais dos
resistores e imprecisões do multímetro.
Agora verificaremos para quais tensões os LEDs de cada canal acenderam. Para
isso foi-se aumentando a tensão do sinal quadrado de entrada e os valores de tensão
foram anotados. As medidas foram colocadas na tabela 4.
LED 12
LED 11
LED 10
LED 9
LED 8
LED 7
LED 6
LED 5
LED 4
LED 3
LED 2
LED 1
CH1
0,042
0,129
0,466
0,707
1,050
1,280
1,620
2,080
2,450
3,400
4,870
8,950
CH2
0,044
0,132
0,480
0,729
1,080
1,320
1,670
2,150
2,530
3,520
5,020
9,230
Tabela 5 – Tensões para acender os LEDs (considerando que o LED 1 é o mais
próximo da fonte CC)
Mais uma vez percebemos que os valores para acender os LEDs estão muito
próximos dos valores da tabela 1. Afinal, o LED acende quando a tensão do sinal
senoidal está ligeiramente acima da tensão CC no resistor correspondente ao
comparador do LED.
Percebemos também que há uma discrepância entre os valores encontrados no
canal 1 e no canal 2. Isso ocorre devido a diferença do ganho dos AmpOPs do circuito.
A tabela 5 mostra o ganho medido em cada AmpOP. Para obter esses valores colocamos
uma tensão de entrada e medimos a tensão de saída de cada Amplificador.
Ganho Amp OP1
0,971154
Ganho Amp OP2
1,0096154
Tabela 6 – Ganhos dos AmpOPs
Sabendo desses valores de ganhos, vamos normalizar a tabela 4 dividindo os
valores das medidas pelo valor do ganho, sendo assim analizaremos os 2 canais em uma
mesma situação. Essa normalização pode ser vista na tabela 6.
LED 12
LED 11
LED 10
LED 9
LED 8
LED 7
LED 6
LED 5
LED 4
LED 3
LED 2
LED 1
CH1
0,043
0,133
0,480
0,728
1,081
1,318
1,668
2,142
2,523
3,501
5,015
9,216
CH2
0,044
0,131
0,475
0,722
1,070
1,307
1,654
2,130
2,506
3,486
4,972
9,142
Diferença
0,000
0,002
0,004
0,006
0,011
0,011
0,014
0,012
0,017
0,015
0,042
0,074
Tabela 7 – Valores da tabela 4 normalizados
Agora vemos que os valores dos dois canais estão muito mais próximos. A
pequena diferença ainda existente pode ser explicada pela imprecisão de medição do
osciloscópio de 20mV.
2.3 CONCLUSÕES
O circuito testado funcionou como esperado, sendo bem coerente com a
simulação. Há diferenças nos valores de acendimento de cada LED, mas isto é esperado
dado que nas simulações os resistores tem valores exatos, enquanto na montagem os
resistores apresentam uma certa vriação no valro das resistências.
A variação no valor dos resistores também afetou o ganho obtido nos
amplificadores dos dois canais. Apesar do uso de resistores de mesmo valor em ambos
os canais, a variação da resistência dos mesmos resultou em ganhos diferentes para cada
canal, mudando os valores de acendimento para cada canal.
Quando calculamos o ganho de cada canal através de medidas do osciloscópio e
com isso normalizamos as tensões, a diferença entre os dois canais ficou muito pequena,
mostrando que o circuito funciona corretamente. Ainda assim existe um erro,
proveniente da precisão do osciloscópio com que foram os medidos os ganhos. É
notável que o erro cresce junto com a tensão, pois e o erro está no ganho, quanto maior
a tensão multiplicada por este ganho, mais aparente se torna o erro.
diferença no vlaro das resistencisa ja gerou a diferença nos ganhos de cada canal
Conclusões sobre o funcionamento do circuito e análise comparativa da
simulação e circuito.
3.
NOTIFICAÇÃO DE PROBLEMAS COM O KIT UTILIZADO
Descrição de problemas com o kit utilizado, informar o número do kit que foi
utilizado.