guia_02

UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA
CENTRO DE ENERGIAS ALTERNATIVAS E RENOVÁVEIS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
Laboratório de Dispositivos Eletrônicos
Nome: ____________________________________________________________________________________________
2o Experimento: Aplicações com Diodos
OBS 1: o experimento é em GRUPO, e a mesma nota será atribuída ao GRUPO, com base nos resultados
do pré-relatório, e na qualidade do relatório.
OBS 2: a TABELA DE RESPOSTAS ESPERADAS (Página 2) deverá ser preenchida em comum acordo pelo
GRUPO e enviada ao professor por e-mail ANTES DO EXPERIMENTO. Caso o referido documento seja
enviado após o minuto de início do experimento, o conceito atribuído ao GRUPO irá de 0,0 a 5,0.
OBS 3: Após conclusão do experimento, o RELATÓRIO contendo os dados experimentais, comparações
com simulações, comentários e conclusões deverá ser entregue por e-mail até o fim do dia que
antecede a próxima aula (formato: relatorio_exp_01_grupo_xx.pdf , em que xx é o número do grupo).
OBS 4: Leia o documento por completo. Assimile a teoria.
Objetivo principal do experimento
Projetar retificadores/reguladores de tensão e detectores de sinais. Ao executar este laboratório, você
deve ser capaz de identificar as principais características dos diodos que devem ser levadas em conta
quando do projeto destes circuitos, além de se familiarizar com algumas topologias para
implementação das funcionalidades requeridas. A simulação prévia se faz necessária para que o aluno
tenha a noção do que ele deve encontrar no experimento, para que fiquem claros eventuais erros de
montagem, situação em que a medida resulta em um valor fora da janela esperada. TODA CONDIÇÃO
DE MEDIDA SERÁ SIMULADA, OU SEJA, PARA CADA MONTAGEM HÁ UMA SIMULAÇÃO PRÉVIA
ASSOCIADA.
RESUMINDO: 1- Você simula com os modelos PSPICE (ver pág. 3) e com base nos valores de polarização
na Tabela de Grupos e Valores (abaixo), 2-preenche as tabelas de resposta em cada item, copia os
resultados na TABELA DE RESPOSTAS ESPERADAS (Página 2). 3- Envia a página 2 ao professor. 4- faz o
experimento, levando seu pré-relatório impresso ou em formato eletrônico; 5 –envia o relatório ao
professor.
Tabela de Grupos e Valores (Ver definição dos grupos na página da disciplina)
Grupo
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
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VDD
4,7
RL
220
4,7
270
4,7
330
4,7
470
4,7
560
5,1
220
5,1
270
5,1
330
5,1
470
5,1
560
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Folha de respostas a ser enviada ao professor (1 por grupo) por e-mail até o minuto de início do
experimento (apenas esta folha, em PDF com o seguinte nome: gabarito_exp_01_grupo_xx.pdf). Esta
página é apenas um agrupamento das tabelas que o GRUPO terá que preencher nas folhas a seguir.
TABELA 01: VALORES DOS COMPONENTES DA FONTE
Item do relatório
Sigla
Valor/Unidade
l
RSTEORICO
m
RSMONTAGEM
v
CMINTEORICO
w
CMONTAGEM
Item do
relatório
j
k
cc
ff
ii
TABELA 2: VALORES ESPERADOS NO EXPERIMENTO 1
Valor - 20%
Sigla
Valor/Unidade
Valor + 20%
VTRAFOPICO
VCMAX
VC-SIMULACAO
IRSMED-SIMULACAO
VRIPPLE-SIMULAÇÂO
TABELA 03: VALOR DO CAPACITOR DO DETECTOR
Item do relatório
Sigla
Valor/Unidade
o
CAMDSB
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Material a ser utilizado no experimento e MODELOS PSPICE a serem simulados.
Componente
Ilustração
Observações
Folha de dados disponível na página da
disciplina. Familiarize-se com as
especificações.
No
PSPICE,
o
componente
equivalente
é
o
“D1N4002”.
Folha de dados disponível na página da
disciplina. Familiarize-se com as
especificações. No dispositivo, há a
inscrição 4V7 (pegue uma lupa!). No
PSPICE, o componente equivalente é o
“D1N750”.
Folha de dados disponível na página da
disciplina. Familiarize-se com as
especificações. No dispositivo, há a
inscrição 5V1 (pegue uma lupa!).
Modelo PSPICE: Is=1.004f Rs=.5875
Ikf=0 N=1 Xti=3 Eg=1.11 Cjo=160p
M=.5484 Vj=.75 Fc=.5 Isr=1.8n Nr=2
Bv=5.1
Ibv=27.721m
Nbv=1.1779
Ibvl=1.1646m
Nbvl=21.894
Tbv1=176.47u
Folha de dados disponível na página da
disciplina. Familiarize-se com as
especificações. No dispositivo, há a
inscrição 1N4148 (pegue uma lupa!).
No PSPICE, o componente equivalente
é o “D1N4148”.
Ver anexo com resistores disponíveis.
Diodo 1N4003
Diodo Zener 4V7*
Diodo Zener 5V1*
Diodo 1N4148
Resistores diversos, ¼ watt
Resistor 100, 1 watt
Transformador 220V/9V
* ou um, ou outro
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1. Informações sobre o osciloscópio e gerador de sinais
a. Consulte, na página da disciplina, as informações sobre o osciloscópio e o gerador de
sinais que temos no LEAD.
2. Projeto e simulação de uma fonte regulada simétrica VCC:
a. Seu objetivo é a obtenção de uma fonte regulada simétrica VCC, com capacidade para
suprir corrente a um resistor de carga RL em cada uma de suas saídas, e com ondulação
máxima (ripple) de 50mV na carga. O esquema elétrico de sua fonte pode ser visto na
figura abaixo.
b. Como a fonte é simétrica e tem a mesma capacidade de corrente de carga, é de se supor
que haja uma equivalência dos componentes, por este motivo é que são mostrados os
mesmos valores de resistência de carga (RL), resistência série (RS), diodo zener (DZ),
diodo retificador (1N4003) e capacitor (C).
c. A primeira escolha da fonte é o dispositivo que atuará na regulação de tensão. Como a
fonte deve ser projetada para ter saidas de VCC, você deve usar o diodo zener de
acordo com sua especificação de fonte, dentre os diosos 1N750 e 1N751 disponíveis no
LEAD.
d. Sabendo que a fonte tem resistência de carga mínima de RL, qual a corrente máxima
nominal de cada uma das saidas da fonte? Resp.: ILMAX=___________A
e. A potência dissipada neste resistor, quando ele for conectado entre uma das saídas e o
terra, representa a potência máxima de cada uma das saídas da fonte. Que potência é
essa? Resp.: PLMAX=___________W
f. Conforme mencionado em sala de aula, há vários compromissos no projeto de uma
fonte regulada. Uma das alternativas é fazer com que a corrente no diodo zener seja
próxima dos valores de corrente de carga, para que o consumo devido à presença do
diodo zener não seja muito maior que a potência entregue à carga.
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g. Você deverá tomar a seguinte decisão: quando a corrente de carga for máxima (ILMAX,
calculada no item “d”), a corrente máxima no diodo zener também corresponde a este
valor. Assim, a corrente máxima no zener para a condição de corrente de carga máxima
é ILMAX, ou seja, IZMAX=ILMAX.
h. Nesta condição (e apenas nela), qual será o valor da corrente no resistor série IRS? Resp.:
IRSMAX=_______A
i. Agora vamos calcular o valor da resistência RS.
j. Já que o transformador tem 2 saídas de 9VRMS em relação à derivação central, qual o
valor de pico de tensão nas saídas? Resp.: VTRAFOPICO=_____VP
k. Supondo uma queda de tensão de 0,7 V no diodo retificador 1N4003, qual o valor
máximo da tensão no capacitor C? Resp.: VCMAX________V
l. Com base na diferença entre o valor do item anterior (VCMAX) e o valor nominal de sua
fonte de tensão (VCC), e com base no valor de corrente IRSMAX que você calculou no item
“h”, qual valor deve ter o resistor RS? Resp.: RSTEORICO=______
m. Com base no ANEXO I, que contém os valores de resistência disponíveis no LEAD, e
supondo que você pode usar apenas um resistor disponível, qual resistor disponível
apresenta valor mais próximo (seja p/ mais ou p/ menos) de RSTEORICO? Este novo valor de
resistência, chamado de RSMONTAGEM, será usado nas próximas simulações e na
montagem. Resp.: RSMONTAGEM=_____
n. Agora vamos calcular o valor do capacitor C.
o. Nossa especificação de ripple é 50mV. Você deve agora fazer uma simulação do tipo DC
SWEEP para determinar, com base no modelo do diodo zener que você irá utilizar na
montagem, o valor de tensão mínima no capacitor C que faz com que o ripple na carga
esteja dentro das especificações. O setup de simulação é mostrado abaixo:
p. Varie a fonte V1 mostrada acima (simulação DC SWEEP) de um valor bem pequeno (por
exemplo, 5V) ao valor máximo de tensão no capacitor calculado por você (V CMAX, item
“k”). Determine, por simulação, o valor mínimo de V1 que, em relação ao valor VCMAX,
resulta em um ripple na carga de 50mV. Que valor é este? VCMIN________V
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q. Nesta condição, observar-se-á o valor mínimo de corrente no diodo zener, e por
conseguinte o valor mínimo de corrente no resistor série RS. Que valor de corrente é
esse? IRSMIN=_______A
r. Qual a variação de tensão no capacitor? VC= VCMAX - VCMIN=________V.
s. Vamos agora calcular a corrente média de descarga. Tomemos como base a corrente
média entre os valores máximo e mínimo (respectivamente calculados nos itens “h” e
“q”).
Qual
o
valor
médio
da
corrente
de
descarga?
Resp.: IRSMED = (IRSMAX + IRSMIN)/2=________A
t. Qual o período aproximado de descarga, supondo um sinal de entrada em 60Hz? Resp.
TDESCARGA=_________s
u. A carga perdida durante o tempo de descarga é dada pelo produto da corrente média
pelo
tempo
de
descarga.
Qual
o
valor
da
carga
perdida?
QDESCARGA = IRSMED · TDESCARGA =______C
v. Como temos VC e QDESCARGA, somos capazes de calcular a capacitância mínima que
podemos usar na fonte. CMINTEORICO = QDESCARGA/VC=_____F
w. Com base no ANEXO I, que contém os valores de capacitância disponíveis no LEAD, e
supondo que você pode usar apenas um capacitor disponível, qual capacitor disponível
apresenta valor mais próximo (seja p/ mais ou p/ menos) de CMINTEORICO? Este novo valor
de capacitância, chamado de CMONTAGEM, será usado nas próximas simulações e na
montagem. Resp.: CMONTAGEM=______F
x. Pronto, sua fonte está projetada (a metade dela, a outra metade tem os mesmos valores
de capacitor, resistência série e diodo zener). Você irá agora SIMULAR O CIRCUITO
COMPLETO QUE VOCÊ IRÁ MONTAR.
y. Para simular o transformador no PSPICE, você deve usar duas fontes de sinal VSIN, em
série, com 12.7V de amplitude e frequência 60Hz (parâmetros: VOFF=0, VAMPL=12.7,
FREQ=60). Coloque as fontes em série, e o ramo central deve servir como referência, tal
como na figura abaixo:
z. Utilize os componentes que você vai utilizar na montagem, e o modelo de diodo zener
correspondente. O seu esquemático deve ficar assim (as fontes acima substituem o
transformador):
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aa. Com base nos valores que você calculou, e definindo corretamente o sentido dos diodos
1N4003 e DZ no esquemático acima, simule o circuito em função do tempo (simulação
do tipo “Transient”). Como a frequência de trabalho é de 60 Hz, sugerem-se os seguintes
parâmetros de simulação: Final Time = 200ms, Step Ceiling = 10us.
bb. Observe as formas de onda de tensão nos capacitores C (VC1 e VC2). Cole as formas de
onda aqui:
cc. Qual o valor do ripple em qualquer dos
Resp.: VC-SIMULACAO=______V.
dd. Comente sobre eventuais discrepâncias (origens):
2
capacitores
(VC-SIMULACAO)?
ee. Observe a forma de onda de corrente IRS1. Cole a forma de onda aqui:
ff. Qual o valor médio de IRS1 (IRSMED-SIMULACAO)? Resp.: IRSMED-SIMULACAO=______A.
gg. Comente sobre eventuais discrepâncias (origens):
hh. Observe a forma de onda na resistência de carga RL (qualquer das 2). Cole a forma de
onda aqui:
ii. Qual
o
ripple
na
carga
obtido
em
simulação
(VRIPPLE-SIMULAÇÂO)?
Resp.: VRIPPLE-SIMULAÇÂO =_______V
jj. Comente sobre eventuais discrepâncias em relação à especificação (origens):
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kk. Coloque uma ponta de corrente no lado P do diodo retificador (1N4003). Simule, e cole a
forma de onda aqui:
ll. O valor máximo de corrente no diodo retificador está dentro das especificações do
diodo? Resp. (S/N):________
mm.
Usando pontas diferenciais de tensão, simule a tensão no diodo retificador, e cole
a forma de onda obtida aqui:
nn. A tensão reversa, está dentro das especificações do diodo? Resp. (S/N):_______
oo. Você vai retirar a resistência de carga, mas antes de simular, pense um pouquinho: se
você retira a resistência de carga, toda a corrente IRS1 vai passar pelo zener. Supondo que
a tensão no zener não mude substancialmente, qual o valor máximo da corrente no
zener que você espera? Resp: IDZ1-SEMCARGA=_______A
pp. Simule esta condição, e cole a forma de onda de corrente em um dos diodos Zener aqui:
qq. Os resultados de simulação confirmam sua expectativa? Resp. (S/N):______
rr. Agora você vai observar o que acontece quando o usuário não respeito as especificações
da fonte, por sua conta e risco. Coloque um resistor de carga de 100 em uma das
saídas. Cole a forma de onda de tensão na carga aqui:
ss. Como você explica os resultados obtidos? Resp.:
tt. Preencha a tabela abaixo com os valores do seu projeto:
TABELA 01: VALORES DOS COMPONENTES DA FONTE
Item do relatório
Sigla
Valor/Unidade
l
RSTEORICO
m
RSMONTAGEM
v
CMINTEORICO
w
CMONTAGEM
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uu. Preencha a tabela abaixo com os valores simulados:
Item do
relatório
j
k
cc
ff
ii
TABELA 2: VALORES ESPERADOS NO EXPERIMENTO 1
Valor - 20%
Sigla
Valor/Unidade
Valor + 20%
VTRAFOPICO
VCMAX
VC-SIMULACAO
IRSMED-SIMULACAO
VRIPPLE-SIMULAÇÂO
3. Montagem da fonte projetada
a. Nesta montagem, você vai usar o transformador que temos no LEAD. Segue abaixo uma
foto do transformador e de uma possível configuração dos componentes no protoboard,
apenas para mostrar a você que uma montagem organizada é possível (e ela faz com
que seja mais fácil detectar problemas!):
b. Pos conta os valores de capacitância envolvidos, você irá usar capacitores eletrolíticos,
que têm polaridade. É MUITO IMPORTANTE QUE VOCÊ RESPEITE A POLARIDADE DOS
CAPACITORES ELETROLÍTICOS, DO CONTRÁRIO ELES PODEM ESTOURAR, E
EVENTUALMENTE CAUSAR FERIMENTOS A QUEM ESTÁ PERTO DELES.
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c. Monte o circuito.
d. Ligue o circuito apenas com a presença do professor.
e. Observe a forma de onda da tensão em cada saída do transformador (conecte o terra da
ponta do osciloscópio na derivação central do transformador). Cole as formas de onda
aqui:
f. Qual o valor de pico da saída do tranformador que alimenta a fonte +VCC?
VTRAFOPICO1_EXP=_____VP
g. Qual o valor de pico da saída do tranformador que alimenta a fonte -VCC?
VTRAFOPICO2_EXP=_____VP
h. Observe a tensão nos capacitores (conecte o terra da ponta do osciloscópio na derivação
central do transformador), e cole as formas de onda obtidas no experimento aqui (uma
para o capacitor superior, outra para o capacitor inferior):
i.
j.
k.
l.
m.
Qual o valor máximo de tensão no capacitor superior (+VCC)? VC1MAX_EXP =________V
Qual o valor máximo de tensão no capacitor inferior (-VCC)? VC2MAX_EXP =________V
Qual o ripple no capacitor superior (+VCC)? VC1_EXP= VC1MAX_EXP - VC1MIN_EXP =________V
Qual o ripple no capacitor inferior (-VCC)? VC2_EXP= VC2MAX_EXP - VC2MIN_EXP =________V
Comente sobre as eventuais diferenças entre os valores obtidos experimentalmente e os
valores que você simulou:
n. Observe a tensão nas resistências série (RS total), e cole as formas de onda obtidas aqui
(uma para +VCC, outra para –VCC):
o. Qual a corrente média na resistência série da fonte +VCC?
IRS1MED_EXP = (IRS1MAX_EXP + IRS1MIN_EXP)/2=________A
p. Qual a corrente média na resistência série da fonte -VCC?
IRS2MED_EXP = (IRS2MAX_EXP + IRS2MIN_EXP)/2=________A
q. Comente sobre as eventuais diferenças entre os valores obtidos experimentalmente e os
valores que você simulou:
r. Observe a tensão nas resistências de carga, e cole as formas de onda obtidas aqui (uma
para +VCC, outra para –VCC):
s. Qual o ripple na resistência de carga na saída +VCC?
VRL1_EXP= VRL1MAX_EXP - VRL1MIN_EXP =________V
t. Qual o ripple na resistência de carga na saída +VCC?
VRL2_EXP= VRL2MAX_EXP - VRL2MIN_EXP =________V
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u. Comente sobre as eventuais diferenças entre os valores obtidos experimentalmente e os
valores que você simulou:
v. Substitua um dos resistores de carga por um resistor de 100 1W (peça ao técnico,
mencionando a potência).
w. Cole a forma de onda de tensão obtida no resistor de 100 aqui:
x. Os resultados obtivos estão de acordo com o esperado? Comente.
y. Preencha a tabela abaixo (parte da tabela é oriunda da TABELA 2)
Item do
relatório
j
k
cc
ff
ii
TABELA 3: VALORES EXPERIMENTAIS DO EXPERIMENTO 01
SIMULAÇÃO
EXPERIMENTAL
Valor-20% Valor+20%
Fonte
Fonte
Sigla
Valor/Unid.
+VCC
-VCC
VTRAFOPICO
VCMAX
VC-SIMULACAO
IRSMEDSIMULACAO
VRIPPLESIMULAÇÂO
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4. Simulação de um Detector AM-DSB com diodo e capacitor
a. Reveja o arquivo do projeto final da disciplina (disponível no site da disciplina), e leia as
informações a respeito de sinais AM-DSB. Neste item do experimento, você irá simular e
montar um detector AM-DSB. Este item do experimento serve para você observar
experimentalmente uma aplicação interessante dos dispositivos não lineares estudados
até agora.
b. Observe abaixo um resumo ilustrativo do processo de geração de um sinal AM-DSB:
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c. Na simulação, você poderá gerar o sinal que o gerador de sinais irá fornecer na hora do
experimento usando o esquemático abaixo:
d. O resistor série (50 ) representa a resistência interna do gerador de sinais (em geral, os
geradores de sinais têm resistência interna de 50 ). Observe as amplitudes e
frequências das fontes no circuito acima. Veja que a portadora tem frequência de 100
kHz, e o sinal modulante tem frequência de 1 KHz (faixa audível).
e. Simule o circuito acima em função do tempo (simulação do tipo “Transient”),
acrescentando um resistor de carga de 100  (do contrário, o PSPICE vai reclamar,
dizendo que o resistor de 50  está desconectado). Como a frequência da portadora é
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de 100 kHz e a frequência do sinal modulante é de 1 kHz, sugerem-se os seguintes
parâmetros de simulação: Final Time = 3 ms, Step Ceiling = 10 ns.
f. Cole a forma de onda de tensão indicada por “v” no circuito acima (lembre-se de
acrescentar um resistor de carga de 100 , que não está mostrado):
g. Você irá usar o diodo retificador de “alta velocidade” 1N4148, que a priori é mais rápido
do que os diodos 1N4003 que você usou na sua fonte regulada. O alto-falante que você
usará como resistência de carga tem resistência de 16 , e você deve usar este valor em
suas simulações.
h. Simule o circuito abaixo:
i.
Cole a forma de onda de tensão na resistência de carga que representa o fone de ouvido
(16 ):
j.
Faça um zoom na forma de onda, para observar o sinal em apenas 5 períodos do sinal de
alta frequência (100KHz, cujo período é de 10 s, e portanto 5 ciclos são observados em
50 s). Cole a forma de onda aqui:
k. Observe que este sinal não corresponde ao sinal modulante, que você quer detectar
(fornecer ao fone de ouvido).
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l.
m.
n.
o.
p.
Observe a ilustração do processo de detecção, e veja que o capacitor colocado em
paralelo ao resistor de carga tem a função de “suavizar” o sinal no resistor de carga, já
que o capacitor é carregado nos picos do sinal modulado, e fornece corrente ao resistor
de carga nos intervalos entre picos.
Agora você deve estar se perguntando: qual valor devo usar? Há alguns compromissos
na resposta, tais como faixa (valores) de frequência dos sinais (modulantes) que você
quer detectar, ruído do sinal de alta-frequência permitido no sinal detectado, amplitude
do sinal detectado.
Para começar por algum lugar, inicie suas simulações com um valor de capacitância que,
em conjunto com o resistor de carga (16 ), resulte em um circuito com constante de
tempo =R·C=1/(2··f), em que f é a frequência do sinal considerado (neste caso, 1kHz).
Observe os valores de capacitor disponíveis, e utilize apenas tais valores. Simule a
resposta na resistência de carga com valores maiores e menores que o valor obtido no
item “m” anterior, e decida qual valor você vai usar. Que valor é esse? Resp.:
CAMDSB=__________F
Cole aqui forma de onda de tensão obtida na carga com seu valor de capacitor:
q. Preencha a tabela abaixo com o valor do seu projeto:
TABELA 03: VALOR DO CAPACITOR DO DETECTOR
Item do relatório
Sigla
Valor/Unidade
o
CAMDSB
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5. Montagem do Detector AM-DSB com diodo e capacitor
a. Inicialmente, programe o gerador de sinais (VER TUTORIAL NA PÁGINA!) com os
seguintes parâmetros: Sinal (botão “Sine”, com uma senoide): amplitude de 10V de pico
a pico, frequência de 100kHz; Modulação (botão “Mod”): Modulação em amplitude
(Type: AM), frequencia do sinal modulante “AM FREQ” igual a 1kHz, índice de
modulação AM DEPTH de 80%.
b. Conecte a saída do gerador (lembre-se de apertar o botão “Output”) a um resistor de
carga de 100 , e cole aqui a forma de onda obtida no resistor de carga:
c. Comente sobre eventuais diferenças em relação ao item “4.f”:
d. Retire o resistor de 100 , conecte o fone de ouvido, o diodo 1N4148, o capacitor que
você decidiu, e observe a forma de onda no fone de ouvido. Cole a forma de onda aqui:
e. Comente sobre eventuais diferenças em relação ao item “4.p”:
f. Coloque o fone de ouvido no ouvido, e varie a frequência do sinal modulante no gerador
de sinais (AM FREQ).
g. Diminua a amplitude da portadora (Botão Sine), e observe o que acontece. Tente
estabelecer um limiar de audição.
h. Faça um comentário final sobre o que aprendeu neste experimento (DETECTOR AM DSB
com diodo e capacitor). Lembre-se de comentar sobre os níveis de sinal no gerador de
sinais necessários para que você ouvisse alguma coisa.
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6. Dobrador de tensão (APENAS SIMULAÇÃO, NÃO HÁ MONTAGEM!!!)
a. Reveja a aula 7 sobre aplicações com diodos, e observe as informações sobre os circuitos
grampeadores e dobradores de tensão. Na figura abaixo, podemos ver o funcionamento
de um circuito grampeador:
b. A funcionalizade do circuito é a seguinte: Suponha inicialmente que o capacitor está
descarregado, e que Vin é um sinal senoidal de amplitudo VP. Quando Vin é positivo, o diodo
não permite a circulação de corrente no sentido horário, e já que o capacitor está
descarregado, Vout=Vin. Quando por outro lado Vin é negativo, o diodo conduz corrente no
sentido anti-horário, Vout  -0,7 V, de forma que C1 se carrega com Vin - 0,7 V, sendo o lado
direito positivo. Isto acontece até que Vin atinja o seu valor mínimo (-VP) e se VP>>0,7V,
podemos dizer então que o capacitor se carrega com VP. Quanto agora começa a aumentar
de valor a partir de –VP, o que faria com que uma corrente circulasse no sentido horário
para modificar a tensão no capacitor de acordo com a entrada, o diodo novamente impede
a circuilação de corrente, e desta forma a saída é dada por Vin+VP.
a. Simule o circuito usando uma fonte de tensão VSIN com 12,7 V de amplitude e
frequência 60Hz (parâmetros: VOFF=0, VAMPL=12.7, FREQ=60), um diodo 1N4003 e um
capacitor de 1F. Faça uma simulação em função do tempo (simulação do tipo
“Transient”). Como a frequência de trabalho é de 60 Hz, sugerem-se os seguintes
parâmetros de simulação: Final Time = 200 ms, Step Ceiling = 10 us.
b. Cole a forma de onda de tensão no diodo aqui:
c. Você pode utilizar um circuito grapeador em conjunto com um retificador para criar um
dobrador de tensão. Obser o circuito abaixo. O diodo D2 vai “retificar” o sinal no ponto
x. Já que na situação em que D2 conduz os capacitores C1 e C2 estarão em série, a
corrente que flui no sentido horário vai ao mesno tempo carregar C 1 e C2, de forma que
as tensões entre eles se distribuirão de acordo com a razão de capacitâncias.
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d. A cada ciclo mais carga será depositada no capacitor C2, de forma que a tensão na saída
será próxima de 2VP, o que explica o nome do circcuito.
e. Simule o circuito usando uma fonte de tensão VSIN com 12,7V de amplitude e
frequência 60Hz (parâmetros: VOFF=0, VAMPL=12.7, FREQ=60), diodos 1N4003 e
capacitores de 1F. Faça uma simulação em função do tempo (simulação do tipo
“Transient”). Como a frequência de trabalho é de 60 Hz, sugerem-se os seguintes
parâmetros de simulação: Final Time = 200ms, Step Ceiling = 10us.
f. Cole a forma de onda de tensão no ponto X e na saída (Vout) aqui:
g. Troque o capacitor C2 por um capacitor de 100nF, e refaça a simulação.
h. Cole a forma de onda de tensão no ponto X e na saída (Vout) aqui:
i.
Perceba que um capacitor menor faz com que um mesma corrente circulando em C 1 e C2
gere uma diferença de tensão (ao long do tempo) maior em C2 que em C1.
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ANEXO I: Lista de componentes disponíveis no LEAD
Componente
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Part N#
Valor
1R
1R2
2R2
3R3
4R7
5R6
8R2
10R
22R
33R
47R
56R
68R
82R
100R
120R
150R
180R
220R
270R
330R
390R
470R
560R
680R
820R
1K
1K2
1K8
2K7
3K3
4K7
5K6
6K8
8K2
1
1.2
2.2
3.3
4.7
5.6
8.2
10
22
33
47
56
68
82
100
100
100
180
220
270
330
330
470
560
680
820
1k
1.2k
1.8k
2.7k
3.3k
4.7k
5.6k
6.8k
8.2k
UFPB/CEAR/DEE — Laboratório de Dispositivos Eletrônicos
Pot.
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
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Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
Resistor
10K
12K
15K
18K
22K
27K
33K
47K
56K
68K
82K
100K
150K
180K
220K
270K
330K
470K
560K
680K
820K
1M
10k
12k
15k
18k
22k
27k
33k
47k
56k
68k
82k
100k
150k
180k
220k
270k
330k
470k
560k
680k
820k
1M
Componente
Capacitor
Capacitor
Capacitor
Capacitor
Capacitor
Capacitor
Capacitor
Capacitor
Capacitor
Capacitor
Capacitor
Capacitor
Capacitor
Capacitor
Tipo
Ceramico
Ceramico
Ceramico
Ceramico
Ceramico
Ceramico
Ceramico
Poliester
Poliester
Poliester
Poliester
Poliester
Eletrolitico
Eletrolitico
Valor Tensão
10pf
100pf
470pf
1.0nf
10nf
47nf
100nf
330nf
470nf
560nf
680nf 63V
820nf
1.0µf 50V
3.3µf 50V
UFPB/CEAR/DEE — Laboratório de Dispositivos Eletrônicos
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
1/4W
20/21
UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA
CENTRO DE ENERGIAS ALTERNATIVAS E RENOVÁVEIS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
Capacitor
Capacitor
Capacitor
Capacitor
Capacitor
Capacitor
Capacitor
Capacitor
Capacitor
Capacitor
Capacitor
Capacitor
Capacitor
Capacitor
Capacitor
Capacitor
Capacitor
Capacitor
Eletrolitico 4.7µf
Eletrolitico
10µf
Eletrolitico
33µf
Eletrolitico
68µf
Eletrolitico
82µf
Eletrolitico 100µf
Eletrolitico 120µf
Eletrolitico 150µf
Eletrolitico 180µf
Eletrolitico 220µf
Eletrolitico 270µf
Eletrolitico 330µf
Eletrolitico 390µf
Eletrolitico 470µf
Eletrolitico 560µf
Eletrolitico 680µf
Eletrolitico 820µf
Eletrolitico 1000µf
UFPB/CEAR/DEE — Laboratório de Dispositivos Eletrônicos
50V
50V
25V
25V
25V
25V
25V
25V
25V
25V
25V
25V
25V
25V
35V
25V
16V
16V
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