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LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA BÁSICA I – EE531
SEGUNDA EXPERIÊNCIA
ALUNOS:
Douglas Pagani Pereira
Kaue Tebaldi Miranda
Otavio Mateus Bernardi
RA 090954 Turma W
RA 097650 Turma W
RA 092538 Turma W
Data: 23/04/2012
1.
RESULTADOS DO EXERCÍCIO PREPARATÓRIO DA SEGUNDA
EXPERIÊNCIA
1.1 CIRCUITO EQUALIZADOR
O diagrama do circuito equalizador encontra-se abaixo, na figura 1:
Fig.1 – Diagrama do circuito equalizador.
O circuito foi simulado com as 7 combinações propostas de SET para os 3
potenciômetros. Nos gráficos a seguir, a linha mais fina representa a tensão de entrada,
na primeira ponta de prova mostrada na firgura 1. A linha mais espessa mostra a tensão
de saída na ponteria onde está indicado “out”.
Figura 2 - Set: P1=0,5; P2=0,5; P3= 0,5 .
Na primeira configuração, com P1=0.5, P2=0.5 e P3= 0.5 o ganho fica
praticamente unitário desde 10Hz até 30KHz, ou seja, espaço que compreende toda a
faixa audível. As frequências muito baixas, menores de 10 Hz são cortadas pelo
capacitor de entrada, Ci. Pode-se tirar esta conclusão da tensão de entrada, que só atinge
1 V (tensão da fonte) perto de 10 Hz.
Com este primeiro gráfico, já é possível concluir que com SET=0,5 teremos
ganho unitário para a faixa de frequência controlada.
Figura 3 - Set: P1=1; P2=0,5; P3= 0,5 .
Nesta segunda configuração, P1=1 torna grande o ganho em altas frequências, de
15 a 90 kHz, podendo atingir, num valor de pico, aproximadamente 11,7 V, porém num
valor fora da banda audível. Os outros potenciômetros em 0.5 deixam o ganho unitário
nas demais frequências
Figura 4 - Set: P1=0,51; P2=1; P3=0,5 .
Com P2=1, atinge-se o máximo ganho para frequências médias
Figura 5 - Set: P1:0,5; P2=0,5; P3=1 .
O P3=1 resulta em um maior ganho paras as baixas frequências, como pode ser
observado na figura 5 .
Com estes resultados já podemos inferir o funcionamento do circuito: cada
potenciômetro controla o ganho do circuito para uma certa faixa de frequências. Isto
aconteceu para ganhos maiores que 1. Nas próximas análises poderemos verificar se isto
é válido para ganhos menores que 1, ou seja, atenuações no sinal de entrada.
Figura 6 - Set: P1=0; P2=0,5; P3=0,5 .
Como verificado anteriormente, P1 controla o ganho de altas frequências. Com
P1=0 o ganho do circuito para frequências altas tende a zero.
Figura 7 - Set: P1=0,5; P2=0 ; P3: 0=5 .
Da mesma forma que na configuração anterior, o potenciômeto com SET zerado
faz o ganho das frequências por ele controladas tender a zero. Neste caso, as frequências
médias são atenuadas.
Figura 8 - Set: P1=0,5; P2=0,5; P3=0 .
Nesta última configuração, observa-se que as baixas frequências são atenuadas.
Com os últimos 3 gráficos, as conclusões iniciais são confirmadas. Assim é certo
que cada potenciômetro controla o ganho do circuito para cada uma das 3 faixas de
frequência definidas: baixa(até ~500 Hz), média(de ~500Hz até ~ 10kHz) e alta (acima
de ~10kHz). O circuito pode tanto amplificar quanto atenuar o sinal de entrada para
dadas frequências.
Para frequências mais altas, acima de 100kHz, o sinal também é atenuado. O
capacitor Cf, em paralelo com o resistor que define o ganho do amplificador
operacional, começa a parecer um curto circuito e o ganho do amp. op. começa a
diminuir conforme a frequência aumenta.
2.
RELATÓRIO DA SEGUNDA EXPERIÊNCIA
2.1 INTRODUÇÃO
Neste relatório, iremos estudar o funcionamento de um circuito equalizador
exibido na Fig. 9 a seguir. O circuito é capaz de fornecer ganhos diversos para um sinal
em três faixas de frequências: altas, médias e baixas, através de seus potênciometros que
regulam o ganho em cada faixa.
2.2 CIRCUITO EQUALIZADOR
O circuito equalizador encontra-se na Figura 9 a seguir.
Figura 9 - Circuito Experimental do Equalizador
O ganho de tensão no circuito equalizador é controlado por três potenciômetros,
que podem ser ajustados em diferentes posições, entre 0 e 1, para regular o ganho da
faixa de frequência que representam, amplificando, mantendo ou atenuando o sinal de
entrada. Quanto maior o valor da posição, maior o ganho. Quando a posição é 0.5, o
ganho vale 1 (sinal de entrada é igual ao sinal de saída).
2.2.1 Simulações e Resultados experimentais
As simulações foram realizadas no pré-relatório e serão verificadas
experimentalmente nesse item.
Para avaliar o comportamento do circuito, realizamos varredura de 1Hz-1MHz
com os seguintes posicionamentos do potenciômetro:
a) Low = 0; Mid = 0.5; Hi=0.5.
Figura 10 - Gráfico da varredura em frequência para a configuração (a).
Nessa configuração foram atenuados os sinais de baixa frequência e mantidos os
sinais de médias e altas frequências.
b) Low = 1; Mid = 0.5; Hi=0.
Figura 11 - Gráfico da varredura em frequência para a configuração (b).
Nessa configuração foram atenuados os sinais de alta frequência, mantidos os
sinais de médias frequências e amplificados os de baixas frequências.
c) Low = 1; Mid = 0.5; Hi=0.5.
Figura 12 - Gráfico da varredura em frequência para a configuração (c).
Nessa configuração foram mantidos os sinais de média e alta frequência e
amplificados os sinais de baixa frequência.
d) Low = 0.5; Mid = 0; Hi=0.5.
Figura 13 - Gráfico da varredura em frequência para a configuração (d).
Nessa configuração foram mantidos os sinais de baixa e alta frequência e
atenuados os sinais de média frequência.
e) Low = 0.5; Mid = 1; Hi=0.5.
Figura 14 - Gráfico da varredura em frequência para a configuração (e).
Nessa configuração foram mantidos os sinais de baixa e alta frequência e
amplificados os sinais de média frequência.
f) Low = 0.5; Mid = 0.5; Hi=0.
Figura 15 - Gráfico da varredura em frequência para a configuração (f)
Nessa configuração foram mantidos os sinais de baixa e média frequência e
atenuados os sinais de alta frequência.
g) Low = 0.5; Mid = 0.5; Hi=1.
Figura 16 - Gráfico da varredura em frequência para a configuração (g)
Nessa configuração foram mantidos os sinais de baixa e média frequência e
amplificados os sinais de alta frequência.
h) Low = 0.5; Mid = 0.5; Hi=0.5.
Figura 17 - Gráfico da varredura em frequência para a configuração (h)
Podemos perceber que os resultados são coerentes com o esperado: valores de
SET superiores a 0.5 causam uma amplificação do sinal em uma determinada faixa de
frequência, enquanto que valores inferiores causam uma atenuação do sinal. Também
pode-se observar que cada faixa de frequência teve um ganho máximo associado,
alcançado com o potenciômetro com SET = 1. Em baixas frequências, o ganho máximo
foi de 6,5. Já para as médias, o ganho máximo foi um pouco menor: aproximadamente
4. Nas altas frequências encontramos o ganho com maior módulo, 13.
Os resultados também são coerentes com a simulação realizada no Pspice. Isso
pode ser verificado com a comparação entre os gráficos das análises teóricas e as
práticas.
EXTRA
Na configuração (g), na qual observamos o ganho ser ajustado para o máximo
em altas frequências, observamos uma queda brusca no ganho logo após 100kHz. Para
efeito de comparação, simulamos novamente aquela configuração, mas com a tensão de
entrada ajustada para 0,1 Vpp, como mostrado na figura 18.
Figura 18 - Gráfico da varredura em frequência para a configuração (g) com 0,1VPP ao invés de 1VPP
Neste situação, o ganho manteve-se mais estável nas frequências
maiores que 100kHz, caindo de maneira mais suave, como era esperado. Para poder
visualizar melhor este efeito, usamos o ociloscópio para medir diretamente a entrada e a
saída do circuito trabalhando em 1MHz. Com a entrada em 1 Vpp, obtivemos o seguinte
resultado:
Figura 19 - Entrada, senoidal, e saída, distorcida, com f = 1Mhz.
Observa-se que a saída não consegue “acompanhar” a entrada, ocorrendo uma
deformação da tensão de saída. Para buscar explicações para este fenômeno que só
ocorre em altas frequências, buscamos o datasheet do amplificador operacional.
Encontramos que o “slew rate”, que mostra a maior variação de tensão de saída por
unidade de tempo que o op. amp. consegue fornecer, é de 5V/us. Para compararmos,
precisamos do período da tensão senoidal de entrada dado por 1MHz, ou seja T=1us.
Assim, com a entrada de 1 Vpp, esperamos na saída um ganho em torno de
5V/V. Entretanto, fica impossível para o op. amp. gerar uma senóide na saída com o
período de 1us, pois neste período a saída teria que variar de 5V duas vezes e a
limitação é de uma variação de 5V a cada micro segundo. Assim, entende-se que com a
entrada em 0,1 Vpp o op. amp. consegue gerar uma senóide na saída já que a variação
será de apenas 0,5V. Assim, expica-se a diferença de funcionamento para as diferentes
tensões de entrada.
2.3 CONCLUSÕES
Podemos verificar que o circuito realmente funciona de acordo com o esperado. Os
resultados obtidos foram coerentes com o esperado teórico e com os valores obtidos
através de simulação via Pspice.
3.
NOTIFICAÇÃO DE PROBLEMAS COM O KIT UTILIZADO
Não foram observados problemas com o kit utilizado.