AULA PRÁTICA #4

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UFRJ/EE/DEL - Laboratório de Eletrônica III
AULA PRÁTICA #4 – CONVERSORES DE IMPEDÂNCIA:
“negative impedance converter” (NIC) e “generalized impedance converter” (GIC)
I) Objetivos
Estudar a realização e aplicação de conversores de impedância negativa (NIC) e o de impedância generalizada
(GIC)
Z3
Zin
II)Teoria , projeto , simulação e medidas
+
A) Conversor de impedância negativa (NIC)
Zin
-
A-1) Para o circuito da fig.1, mostre que Zin= -(Z3/Z2)Z1.
Z2
Dimensione-o para obter um resistor negativo: 1kΩ ≤ │Zin│ ≤10 kΩ.
Z1
Fig.1
A-2) Estabilidade em CC
Observe o comportamento da saída do amp-op (fig.1) quando o terminal do resistor negativo é conectado à terra
ou deixado em aberto. Mantenha um canal do osciloscópio, em acoplamento CC, conectado à saída do amp-op.
•
Inverta as entradas do amp-op e repita o procedimento. Identifique a configuração estável em curto
circuito e a estável em circuito aberto.
•
Meça, nas duas configurações estáveis, a resistência de entrada do circuito (Zin) com um ohmímetro
digital. Justifique os resultados obtidos.
OBS.: Caso o circuito oscile em alta freqüência, conecte um capacitor pequeno entre a entrada (+) do amp-op e a
terra, ou entre a saída e a entrada (-).
Rx
Vin
A-3) Amplificador com divisor resistivo
Vo
Para o circuito da fig.2
•
Zin
Usando o resistor negativo como Zin, meça Vo/Vin (em 1 kHz) em função
Fig.2
de Rx.
•
Determine, teoricamente, o valor de Rx em que é necessário trocar as
entradas do amp-op. para manter a estabilidade em CC.
B) Conversor de impedância generalizada (GIC)
Zin
Z1
+
B-1) Indutor ativo
Z2
Para o circuito da fig.3:
•
2
Mostre que Zin=(Z1Z3Z5) / (Z2Z4).
Leq
Escolhendo-se Z2 como capacitor (C) e as outras
Z3
impedâncias como resistores iguais (R), obtém-se um
-
indutor aterrado, simulado.
+
2
•
Construa um indutor de 100 mH (Leq=R C).
•
Conecte o gerador senoidal a um resistor de 680Ω
e ligue ao indutor. Meça a impedância do indutor
ativo em função da frequência. Calcule Leq.
ACMQ – mai/2001; JBM – jun/2005; JBM –set/2005;JBM-LAB4v4-mai/2016
1
Z4
Fig.3
Z5
B-2) Circuito ressonante paralelo
Para o circuito da fig.4 (com Rx aberto).
•
Calcule o valor de C6 para que a frequência de ressonância fique na faixa de 1 a 3kHz.
•
Escolha um valor comercial para Rg entre 20 e 25 vezes maior do que a reatância indutiva (XL), calculada
na frequência de ressonância. Meça o fator de qualidade (Q= fo/BW).
•
Estime o valor do resistor parasita (Rp) associado em paralelo com o circuito tanque, medindo Vin e Vo na
frequência de ressonância.
•
No laboratório, verifique a resposta do circuito para ondas quadradas de frequências fo, fo/3, fo/5 e 50Hz.
Comente o resultado.
B-3) Oscilador LC simulado
•
Para o circuito da fig.4 ( com Vin e Rg desconectados).
•
Verifique se o circuito oscila. A instabilidade pode ser forçada conectando-se um resistor negativo em
paralelo com o circuito tanque LC. Mostre que um resistor Rx conectado como na fig.4 aparece como –Rx
em paralelo com o indutor (se R5=R4).
•
Conecte uma década resistiva, com valor maior do que 500 kΩ, na posição Rx. Verifique se o circuito
continua estável. Reduza o valor de Rx até obter um oscilador senoidal.
•
Compare o valor de Rx com a estimativa de Rp obtida.
Rg
Vo
Vin
Rx
R1
+
C2
R3
+
C6
R4
R5
Fig.4
ACMQ – mai/2001; JBM – jun/2005; JBM –set/2005 ;JBM-LAB4v4-mai/2016
Aula prática
#4
GRUPO:
(NIC e GIC)
Data:____________
CONVERSORES DE IMPEDÂNCIA: NIC e GIC
Conversor de Impedância Negativa (NIC)
Estável em curto circuito (desenhar circuito)
Estável em circuito aberto
Saída do
amp-op
Unid
Entrada: curto
Projetado
Simulado
Medido
OBS
Projetado
Simulado
Medido
OBS
Rx (kΩ)
Rx (kΩ)
Rx (kΩ)
V
Entrada: aberto
Ohmímetro direto
Zin
Estável em circuito aberto (desenhar circuito)
kΩ
Associando Raux
Estável em curto circuito
Saída do
amp-op
Entrada: curto
V
Entrada: aberto
Ohmímetro direto
Zin
kΩ
Associando Raux
Amplificador com divisor resistivo
Fase
|| (V/V)
Estável
curto
Estável
aberto
Estável
curto
Estável
aberto
Estável
curto
40
20
10
5
2,5
Estimativa de ||
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Estável
aberto
Estável
curto
Estável
aberto
Aula prática
#4
GRUPO:
(NIC e GIC)
Data:____________
Gráfico Comparativo Av vs
Rx
Zin
: projetado, simulado e medido
|Av|
40
20
10
5
2,5
0,5
indutor ativo (GIC)
1,0
Projetado
x
x
500
x
x
1000
x
x
2000
x
x
4000
x
x
Frequência (Hz)
1,5
Simulado
VR (V)
Leq (mH)
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VL (V)
Medido
VR (V)
VL (V)
Rx/|Zin|
OBS
Aula prática
#4
GRUPO:
(NIC e GIC)
Data:____________
Circuito ressonante paralelo
(GIC)
Freq. de ressonância (fo)
Projetado
Simulado
Medido
OBS
Projetado
Simulado
Medido
OBS
Hz
Vin
V
Vo (na freq. fo)
V
= 2 kΩ
Rg
kΩ
Freq. de corte superior (fH)
Hz
Freq. de corte inferior (fL)
Hz
BW = fH - fL
Hz
Fator de qualidade (Q)
Estimativa de Rp
kΩ
Oscilador LC simulado (GIC)
Freqüência de oscilação
Hz
Rx
kΩ
Amplitude na saída (Vop)
V
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Aula prática
#4
GRUPO:
(NIC e GIC)
Data:____________
Comentários / Conclusão
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