Apostila de Laboratório

CENTRO UNIVERSITÁRIO DA FEI
APOSTILA DE
LABORATÓRIO
CENTRO UNIVERSITÁRIO DA FEI - 10a VERSÃO - Fevereiro / 2007
Índice
Plano de Ensino.................................................................................................................i
Teoria: “Conexão Darlington”......................................................................................02
1a Experiência: “Conexão Darlington”........................................................................09
2a Experiência: “Amplificador Diferencial”................................................................14
Teoria: “Resposta em Frequência de Amplificadores”..............................................20
3a Experiência: “Resposta em Frequência de Amplificadores”.................................32
4a Experiência: “Teoria e Prática de Termistores”.....................................................36
5a Experiência: “Teoria e Prática de Celular Solar”..................................................48
6a Experiência: “Realimentação”..................................................................................59
7a Experiência: “Amplificador de Potência Classe B”................................................68
PLANO DE ENSINO DE EL 7430 / NE 8430
DATA DA ÚLTIMA REVISÃO: 01.02.07
CARGA HORÁRIA SEMANAL:
1. TEORIA: (02)
2. PRÁTICA: (02)
3. COORDENADOR: Roberto Martucheli
M. Carvalho
4. OBJETIVOS
Proporcionar aos alunos conhecimentos avançados de circuitos com dispositivos eletrônicos. Estudar o comportamento e
particularidades destes circuitos, bem como aplicações destes dispositivos eletrônicos em projetos e circuitos aplicados.
Implementar no laboratório os diversos circuitos estudados e analisados em sala de aula, onde serão realizadas caracterizações elétricas e confrontações com resultados esperados teoricamente.
5. METODOLOGIA ADOTADA
Aulas teóricas: Aulas expositivas, onde serão desenvolvidos tópicos teóricos com aplicações em exercícios desenvolvidos
em sala de aula. Aulas práticas: Aulas desenvolvidas em laboratórios da faculdade, onde serão implementados diversos
circuitos vistos em sala de aula. Relatórios serão solicitados para cada um dos experimentos realizados, onde serão reportados os resultados experimentais bem como discussões sobre os mesmos.
6. PROGRAMA
Teoria
01. Apresentação do programa da disciplina: Amplificador Diferencial. Sedra - Cap. 6 - pag. 451 a 472.
02. Amplificador Diferencial. Sedra - Cap. 6 - pag. 451 a 472.
03. Resposta em Freqüência de amplificadores: Baixa freqüência. Sedra - Cap. 7 - pag. 536 a 572.
04. Resposta em Freqüência de amplificadores: Alta freqüência. Sedra - Cap. 7 - pag. 536 a 572.
05. Resposta em Freqüência de amplificadores. Exercícios.
06. Sensores Passivos: Ópticos - fotodiodos e fototransistores.
07. Realimentação: Série-Paralelo e Série-Série. Sedra - Cap. 8 - pag. 608 a 637.
08. Realimentação: Paralelo-Paralelo e Paralelo-Série. Sedra - Cap. 8 - pag. 637 a 654.
09. Realimentação. Exercícios
10. Amplificador de Potência: Classe A e B. Sedra - Cap. 9 - pag. 687 a 700.
11. Amplificador de Potência: Classe AB e exercícios. Sedra - Cap. 9 - pag. 700 a 708.
12. Dispositivos Eletrônicos Especiais: SCR, DIAC e TRIAC.
Laboratório
01. Teoria: Conexão Darlington ( CLE )
02. 1ª Experiência: Conexão Darlington ( CLE ).
03. 2ª Experiência: Amplificador Diferencial ( CLE ).
04. Teoria: Resposta em Frequência de Amplificadores ( CLE ).
05. 3ª Experiência: Resposta em Frequência de Amplificadores ( CCI ).
06. 4ª Experiência: Teoria e Prática de Termistores ( CLE ).
07. 5ª Experiência: Teoria e Prática de Célula Solar ( CLE ).
08. “Projeto Prático: Aula I” ( CLE ).
09. 6ª Experiência: Realimentação ( CLE ).
10. 7ª Experiência: Amplificador de Potência Classe B ( CLE ).
11. “Reposição” / “Projeto Prático: Aula II” ( CLE ).
12. “Projeto Projeto Prático: Aula III” – entrega e avaliação do projeto ( CLE ).
7. CRITÉRIO DE AVALIAÇÃO
MÉDIA FINAL: MF = MT*FL
Onde:
i
MÉDIA DE TEORIA: MT = ( 0,4*T1 + 0,6*T2 )*FT
FATOR DE LABORATÓRIO: FL = ( PP*K*0,03 ) + 0,70
T1,T2....Provas de teoria.
FT........ Fator de teoria ( 0 < FT < 1,0; será subtraído 0,1 por atividade não entregue ou recusada ).
PP........ Projeto Prático.
K..........Fator de relatório ( 0 < K < 1,4 ; será subtraído 0,2 por atividade não entregue ou recusada )
8. BIBLIOGRAFIA BÁSICA
- Adel S. Sedra e Kenneth C. Smith, Microeletrônica, Makron Books, 4a edição, 2000.
- Notas de aula e apostila de laboratório a serem disponibilizadas no site da elétrica: http://elearning.fei.edu.br/learnloop/
ii
CENTRO UNIVERSITÁRIO DA FEI
EL 7430 / NE 8430 - Relatório de Eletrônica III - Laboratório
Prof º.: ________________ Turma:______ Bancada nº:____
Teoria: “Conexão Darlington”
1. Conexão Darlington
A configuração Darlington tem por objetivo aumentar o ganho de corrente do transistor do estágio de saída
e, portanto, reduzir a corrente exigida do sensor ou outro dispositivo qualquer em que se esteja querendo
amplificar o sinal. A figura a seguir mostra a configuração mais utilizada:
IC
IC1
IB
IC2
IB1
IE1
VBE1
IB2
VBE
IE2 = IE
VBE2
Figura 1 – Conexão Darlington
1.1. O ganho da conexão Darlington pode ser determinada deduzindo-se a relação entre Ic e IB
conforme segue:
Da figura 1 temos – Ic = Ic1+Ic2
IB = IB1
IE = IE2
VBE = VBE1+VBE2
VCE = VCE2
IE1 = IB2
sabemos que IE = IC+IB e que IC = .IB+( +1).ICBo porém podemos desprezar a corrente de
portadores minoritários, ( +1).ICbo 0.
Assim sendo podemos deduzir IC = f(IB) da seguinte forma:
IC = IC1 + IC2
equação 1
sendo
IC2 =
IC2 = (
2 IB2
2
1
=
+
2
(IC1 + IB1) =
2 IC1
+
2 IB1
=
2
(
1 IB1)
+
2 IB1
2) IB1
______________________________________________________________________________________________________ 2
“Teoria Conexão Darlington”
FEI / EL 7430 / NE 8430
substituindo IC2 na equação 1 temos,
IC =
1 IB1
+(
2
1
+
2) IB1
sendo IB1=IB
IC = IB (
Costuma-se aproximar IC
IB
1 2
1
2
+
1
+
2)
isto dependerá dos valores de
1
e
2.
1.2. Vantagens desta conexão, está no aumento substancial do ganho de corrente ( 1 2) e
consequentemente no aumento do ganho de potência.
1.3. Desvantagem está no fato de que praticamente somente o segundo transistor é responsável pelo
ganho de potência. Outra desvantagem é o aumento de VBE que passa a ser igual a 1,4 volts.
2.
LDR – “Light Dependent Resistor”
LDR – Resistor dependente da Luz, também conhecido por “Sensor de Luz Fotocondutivo”, tem a
característica de variar sua resistência em função da intensidade de luz incidente, isto é, a medida que
aumenta a intensidade luminosa sua a resistência diminui.
2.1. Constituição
São constituídos de filmes policristalinos. Para o comprimento de onda da luz visível (0,4 m a 0,8
m) utiliza-se o sulfato de cádmio (CdS) ou sulfato de selênio (CdSe), para o comprimento de onda
na faixa do infravermelho (2,2 m) utiliza-se o sulfeto de chumbo (PbS).
2.2. Modelo matemático
Sua resistência varia de forma não linear sob a ação de uma fonte luminosa. A relação aproximada
entre a resistência e a iluminação é dada pela expressão:
R =A . L-
R – Resistência em ohms
L – iluminação em Lux
A e – constantes características do LDR
Normalmente o fabricante fornece a curva R x L.
2.3. Símbolo
Segundo a NB-87, utiliza-se o seguinte símbolo:
Figura 2: Simbologia do LDR
______________________________________________________________________________________________________ 3
“Teoria Conexão Darlington”
FEI / EL 7430 / NE 8430
2.4. Especificações de um LDR típico
R0
RL
Pmax
Vmax
Ttrabalho
tr
= 10 MΩ (resistência no escuro)
= 75 a 300 Ω (resistência a 1000 lux)
= 0,2 watts (40 ºC )
= 150 volts
= -30 a 80 ºC
= 200 kΩ/Seg
2.5. Curva característica
Considerando escala log x log teremos uma reta aproximada.
obs.: o gráfico a seguir é meramente ilustrativo.
Resistência LDR em Ω
106
105
104
103
101
102
103
104
Intensidade Luminosa LUX
Figura 3: Curva Característica do dispositivo.
______________________________________________________________________________________________________ 4
“Teoria Conexão Darlington”
FEI / EL 7430 / NE 8430
3. Relé
São dispositivos controlados eletricamente que abrem ou fecham um contato elétrico que afeta outro
dispositivo do mesmo ou de outro circuito elétrico.
3.1 Classificação
Os relés são classificados de acordo com a aplicação:
- baixa potência carga cc ou ca;
- média potência carga cc ou ca;
- alta potência carga cc ou ca;
- bobina de acionamento cc ou ca
- cargas especiais: alta frequência, alta tensão, etc;
- contatos especiais: selados, de estado sólido, etc.
- pelo uso: militar, comercial, comunicações, aplicação ferroviária, etc;
- pela performance: alto número de ciclos.
3.2 Configuração típica
onde:
NA – contato normalmente aberto
NF – contato normalmente fechado
______________________________________________________________________________________________________ 5
“Teoria Conexão Darlington”
FEI / EL 7430 / NE 8430
3.3 Símbolo para os contatos
ANSI – American Nacional Standards Institute
IEC –International Electrotechinal Commission
contato NA
contato NF
3.4 Característica de operação
Os relés não entram em operação instantaneamente. Eles apresentam uma sequência de eventos na
energização e desenergização. Estes eventos são mostrados pela figura a seguir:
contato
contato fechado
“grama” ou resistência dinâmica
contato aberto
tempo
“bounce time”
O relé tem uma tensão e corrente mínimas de magnetização da bobina para comutar os contatos, que é
diferente da tensão e corrente a partir da qual os contatos voltam para a posição inicial. Por exemplo; o relé a
ser usado no laboratório fecha com uma tensão de 6 volts e corrente de 18 mA e abre com uma tensão de 2
volts e corrente de 5 mA. A diferença entre operação e desoperação ocorre devido a histerese do sistema
eletromagnético. Estes valores variam de relê para relé de um mesmo lote de fabricação. Deve-se usar os
valores nominais de tensão, ou seja, para o relé a ser usado na experiência a tensão de operação deve ser de
12 volts e desoperação de 0 volts.
______________________________________________________________________________________________________ 6
“Teoria Conexão Darlington”
FEI / EL 7430 / NE 8430
4. Exemplo de aplicação
A
Lâmpada vermelha
I1
IB
B
Ic
Lâmpada verde
C
obs.: o diodo D1 serve para curtocircuitar a bobina quando da sua desenergização em que surge a tensão contra- eletromotriz.
Cálculos:
1. O relé precisa de 18 mA no mínimo para magnetizar a bobina e comutar os contatos, adotaremos 30 mA
para garantir sua comutação, portanto IC = 30 mA;
2. Como temos uma configuração Darlington, o total será igual a T = 1 2 + 1 + 2, sendo dado de
catálogo 1 = 100 e 2 = 50 temos T = 5150;
3. Desta forma podemos calcular IB = IC/ T = 30 10-3 /5150 = 5,8 A;
4. Consideramos I1=100 x IB de forma a termos o circuito independente das variações de , ficamos com I
= 0,58 mA;
5. Supondo que o LDR apresente uma resistência no claro 15k Ω, podemos calcular R1 = [(VCC – VBE) / I1]
– RLDR, claro = [(12 – 1,4) / (0,58 10-3)] – 15000 = 3.276 Ω;
6. Para podermos utilizar o potenciômetro como elemento de ajuste, consideraremos que o mesmo esteja na
metade do seu curso, desta forma podemos calcular R2 = [VBE / (I1 – IB)] – ½ R potenciômetro = [1,4 / (0,58
10-3 – 0,0058 10-3)] – 500 = 1.938 Ω.
______________________________________________________________________________________________________ 7
“Teoria Conexão Darlington”
FEI / EL 7430 / NE 8430
CENTRO UNIVERSITÁRIO DA FEI
EL 7430 / NE 8430 - Relatório de Eletrônica III - Laboratório
Prof º.: ________________ Turma:______ Bancada nº:____
Data de entrega: ____ / ____ / _____
Relatório:
ACEITO
RECUSADO
CORRIGIR
1a Experiência: “Conexão Darlington”
NOMES DOS INTEGRANTES DO GRUPO
1.
2.
3.
4.
NÚMEROS
I. Objetivos
Familiarização com a conexão Darlinghton ( vide livro texto Sedra/Smith: Cap. 09, pg. 718);
Utilização do LDR – Resistência Dependente da Luz;
Utilização do relê.
Monitoramento de uma carga através de um relé acionado por um LDR utilizando-se de uma conexão
Darlinghton;
II. Material
• 01 Fonte de tensão simples com seus respectivos cabos.
• 01 Multímetro ET2700
• 01 Kit didático “Darlington”.
• 08 cabos banana- banana e 02 garras jacaré.
• 01 resistor de 470 Ω, 680 Ω, 820 Ω, 1kΩ, 1k5Ω, 2kΩ, 2k7Ω, 12kΩ, 15kΩ 18kΩ.
• 02 lâmpadas incandescentes: 01 vermelha e 01 verde
III. Introdução
A conexão Darlington propicia um aumento de ganho de corrente e consequentemente de potência.
Normalmente o estágio de amplificação de potência possui um baixo mas uma corrente de coletor/emissor
alta suficiente para acionar os atuadores finais tais como relés, servo motores e etc. Já os sensores/detectores
possuem uma baixa capacidade de geração de corrente, exigindo um estágio de amplificação com elevado.
A conexão Darlington propicia um alto através do primeiro transistor e uma corrente de coletor/emissor
elevada através do segundo transistor.
IV. Parte Prática
1. Projeto do circuito de acionamento
1.1. Levantar o valor da resistência do LDR para a condição de claro e escuro, para tanto proceder
conforme segue:
1.1.1. colocar o LDR em uma posição na bancada que deverá ser a mesma do começo ao fim da
experiência. Não obstruir a passagem de luz sobre o LDR. Com o multímetro medir a
resistência de claro;
1.1.2. mantendo o LDR na mesma posição, interromper a passagem de luz, colocando a mão por
sobre o LDR. Com o Multímetro medir a resistência de escuro.
RLDR,claro = ___________ Ω
-
RLDR, escuro = ______________Ω
1.2. Calcular os valores de R1 e R2 , do circuito a seguir, considerando:
o potenciômetro na metade do seu curso;
=
Q1 100 e Q2 = 50;
corrente do divisor de tensão de base 100 vezes maior que a de base de Q1;
tensão de contato do relé = 220V e corrente máxima 5A;
tensão e corrente mínima de operação do relé = 6 volts por 18 mA, tensão nominal 12V. Para garantir a
operação do relé prever IC = 30mA;
tensão e corrente de desoperação do relé = 2V por 5mA.
______________________________________________________________________________________________________ 9
1a Experiência: “Conexão Darlington”
FEI / EL 7430 / NE 8430
A
Lâmpada vermelha
I1
IB
B
Ic
Lâmpada verde
C
Cálculos:
R1 = _________Ω
e R2 = _________Ω
______________________________________________________________________________________________________ 10
1a Experiência: “Conexão Darlington”
FEI / EL 7430 / NE 8430
2. Operação do circuito de acionamento
2.1. Montar o circuito acima com os valores calculados;
2.2. Na situação de claro, ajustar o potenciômetro de forma a termos o acionamento do relé;
2.3. Escureça o LDR até o ponto em que ocorra o desacionamento do relé;
2.4. Medir os parâmetros indicados na tabela abaixo e anote seus valores:
condição
claro
escuro
VAB
VBC
VCEQ1
VCEQ2
3. Realimentação
3.1. Retirar a lâmpada verde do circuito;
3.2. Aproximar a lâmpada vermelha do LDR;
3.2. Explicar o efeito.
R:_______________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________________ 11
1a Experiência: “Conexão Darlington”
FEI / EL 7430 / NE 8430
4. Questões
4.1 Explique, em poucas palavras, o funcionamento do circuito.
R:_______________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
4.2 Explique como funcionaria o circuito se mudássemos a posição do LDR, isto é ligássemos o LDR no
ramo BC no lugar de R2 e em série com o potenciômetro, ficando no ramo AB apenas R1.
R:_______________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
Conclusões finais
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________________ 12
1a Experiência: “Conexão Darlington”
FEI / EL 7430 / NE 8430
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EL 7430 / NE 8430 - Relatório de Eletrônica III - Laboratório
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Data de entrega: ____ / ____ / _____
Relatório:
ACEITO
RECUSADO
CORRIGIR
2a Experiência: “Amplificador Diferencial”
NOMES DOS INTEGRANTES DO GRUPO
1.
2.
3.
4.
NÚMEROS
I. Objetivos
Familiarização prática com amplificador diferencial ( Sedra/Smith - Cap. 06, pg. 451);
Ajuste do off-set;
Verificação experimental do drift;
Medida do ganho em modo comum e diferencial
Cálculo do CMRR.
II. Material
• 01 Fonte dupla com seus respectivos cabos (MPC-3003D).
• 01 Gerador de funções (modelo MFG-4200).
• 01 Multímetro ET2700
• 01 Placa “Amplificador Diferencial”.
• 01 Osciloscópio duplo feixe com memória (TDS3012).
• 10 cabos banana-banana e 01 garra jacaré.
• 02 resistores de 3k3 Ω, 01 resistor de 1k5 Ω.
III. Introdução
Uma das mais importantes características de um amplificador diferencial é a capacidade de amplificar sinais
opostos e de rejeitar a amplificação de sinais comuns a ambas as entradas. O amplificador diferencial
fornece uma componente de saída que é devida à amplificação da diferença dos sinais aplicados às entradas
e uma componente devida aos sinais comuns a ambas as entradas (Sendra/Smith pag. 465, equação 6.43).
Vo = Ad (Ve1-Ve2) + Ac (1/2) (Ve1+Ve2)
IV. Parte Prática
1. Offset e Drift
1.1. Montar o circuito da figura a abaixo:
______________________________________________________________________________________________________ 14
2a Experiência: “Amplificador Diferencial”
FEI / EL 7430 / NE 8430
1.2.
Ajustar a alimentação Vcc = Vbb = 10V;
1.3.
Medir I com o multímetro. Conectar as duas entradas ao terra tal que Ve1 = Ve2 = 0; ajustar o offset
Vs = 0 através do potenciômetro P.
1.4.
Aquecer os transistores e verificar o comportamento da saída Vs com multímetro. Para tanto segure o
encapsulamento de T1 com os dedos indicador e polegar e observe Vs, em seguida repita a operação para o
transistor T2. Ao efeito observado denominamos “drift”.
Após terminada as observações espere aproximadamente um minuto, para que os transistores entrem em
equilíbrio térmico, e ajuste novamente o offset.
1.5.
Descrever o que ocorreu e explicar o porque:
R:_______________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
1.6.
Medir a polarização, sendo que os valores de Ic1 e Ic2 devem ser calculados por VRc/Rc e Ic3 por
VRe / Re.
Vcc
Vbb
Vce1
Vce2
Vce3
Vbe1
Vbe2
Vbe3
Vz
Ic1
Ic2
Ic3
Obs.: Se as tensões Vce forem muito pequenas (próximo da saturação), aumentar as fontes Vcc e Vbb para que
tenhamos valores próximos a 2,5V ou maior.
______________________________________________________________________________________________________ 15
2a Experiência: “Amplificador Diferencial”
FEI / EL 7430 / NE 8430
2. Ganho em modo comum
2.1 Aplicar um sinal senoidal de 2 Vpp e frequência 1 kHz às entradas Ve1 e Ve2 simultaneamente, chamamos
esta configuração de sinal em modo comum.
2.2 Medir com o osciloscópio (não utilizar os dois canais) os seguintes sinais:
Ve (volts pico a pico)
Vs (volts pico a pico)
Vs1 (volts pico a pico)
Vs2 (volts pico a pico)
2.3 Calcular o ganho em modo comum saída simples: Acm = VS1/Ve:
Acm =
.
2.4 Calcular o ganho em modo comum saída diferencial: Gcm = Vs/Ve:
Gcm =
.
3. Ganho em modo diferencial
3.1. Utilizando-se de um gerador de sinais, aplicar um sinal senoidal de frequência 1 kHz no
enrolamento primário do transformador que se encontra na placa didática, e aplicar o sinal de saída
do enrolamento secundário do transformador às entradas Ve1 e Ve2 do amplificador diferencial.
Ajustar a amplitude do sinal do gerador senoidal Ve de modo a não termos distorção do sinal Vs.
______________________________________________________________________________________________________ 16
2a Experiência: “Amplificador Diferencial”
FEI / EL 7430 / NE 8430
3.2. Medir
com
o
osciloscópio
(não
utilizar
os
dois
Ve (Vpp)=Ve1-Ve2 Ve1(volts pico a pico) Ve2(volts pico a pico) Vs(volts pico a pico)
canais)
em
volts
pico
a
pico:
Vs1(volts pico a pico) Vs2(volts pico a pico)
Notar que Ve1=-Ve2 pois estão defasados de 180º entre si.
3.3. Calcular o ganho em modo diferencial saída simples – Ad = VS1/Ve
3.4. Calcular o ganho em modo diferencial saída diferencial – Gdm = Vs/Ve
Ad =
Gdm =
4. Taxa de rejeição em modo comum CMRR
Sabe-se que o CMRR é o resultado da relação entre o ganho diferencial para saída simples pelo
para saída simples, desta forma calcular o valor do CMRR:
CMRR = Ad/Acm =
.
.
ganho em modo comum
.
ou como expresso nos catálogos dos fabricantes,
CMRR (dB) = 20 log (Ad/Acm) =
.
______________________________________________________________________________________________________ 17
2a Experiência: “Amplificador Diferencial”
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5. Resposta em frequência
Aplicar a mesma tensão de entrada do item 3, variar a sua frequência conforme tabela abaixo. Manter a
tensão Ve = constante para todas as frequências ajustadas.
fr (Hz)
Vs(Vpp)
50
100
500
1k
10k
50k
70k
80k
100k
200k
500k
20 log(Vs/Ve)
Plotar no gráfico os valores da tabela anterior:
60 dB
10
57 dB
9.5
54 dB
9
51 dB
8.5
48 dB
8
45 dB
7.5
42 dB
7
39 dB
6.5
36 dB
6
33 dB
5.5
30 dB
5
27 dB
4.5
24 dB
4
21 dB
3.5
18 dB
3
15 dB
2.5
12 dB
2
9 dB
1.5
6 dB
1
3 dB
0.5
0 dB
0
1
2
3
5
8 10
100
1.000
10.000
100.000
Frequência (Hz)
6. Determine, a partir do gráfico acima, o valor da frequência de corte fc2: ______________ Hz.
Conclusões finais
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________________ 18
2a Experiência: “Amplificador Diferencial”
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Teoria: “Resposta em Frequência de Amplificadores”
1. Objetivos
- Estudo da resposta em frequência para os amplificadores transistorizados de pequenos sinais
(Sedra/Smith: Cap. 01, item 1.6; Cap. 07 e Apêndice F));
– Estudo da construção do diagrama de Bode.
– Estudo da medida da resposta em frequência
2. Introdução
Os amplificadores de pequenos sinais devem amplificar sinais cuja frequência pode variar de poucos Hz
a centenas de kHz. Acontece que os capacitores introduzidos para desacoplar sinais CC bem como as
capacitâncias naturais das junções do TBJ acabam por interferir no ganho do amplificador. Estes fatores
devem ser levados em consideração quando do projeto do amplificador.
Função de transferência e medida da resposta em frequência
A medida da resposta em frequência consiste em aplicar, no amplificador ou sistema, um sinal senoidal de
amplitude, geralmente constante, e frequência conhecidos, e medir o sinal de saída resultante. O sinal de
saída terá a mesma frequência do sinal de entrada, se o sistema for linear, mas possivelmente com uma fase e
amplitude diferentes dependendo da frequência do sinal de entrada.
Note que o sinal de saída tem a mesma frequência do sinal de entrada somente se o sistema for linear e o
sinal for senoidal. Na verdade a senóide é a única onda que não muda de forma quando passa por um circuito
linear real.
Observe, contudo, que o sinal de saída senoidal terá, em geral, uma amplitude e um deslocamento de fase
(defasagem) diferentes do sinal de entrada.
O módulo do ganho na frequência
é a razão da amplitude da senóide de saída (Vo) pela amplitude da
senóide de entrada (Vi). Denominamos por “função de transferência” o módulo e fase da relação entre a
saída e a entrada:
Amplificador linear
+
+
vi = Vi sen wt
vo = V0 sen (wt+ )
-
G(ω) = Vo / Vi
e
G(ω) =
______________________________________________________________________________________________________ 20
Teoria: “Resposta em Frequência de Amplificadores ”
FEI / EL 7430 / NE 8430
O resultado final será um gráfico do módulo ganho |G(ω)| versus frequência e um gráfico do ângulo da fase
G(ω) versus frequência. Esses dois gráficos juntos constituem a resposta em frequência do amplificador; o
primeiro é conhecido como resposta em módulo e o segundo, resposta em fase.
Diagrama de Bode
Este diagrama simplifica a determinação da representação gráfica da resposta de frequência. Os gráficos
logarítmicos são chamados diagramas de Bode em honra a H. W. Bode, que os utilizou em seus estudos de
amplificadores com realimentação.
Nos diagramas polares, a função harmônica de transferência é representada no plano complexo como segue:
Im
G(jω) = Re [G(jω)] + j Im [G(jω)]
G(jw)
b
r
ou
G(jω) = | G(jω)|
sendo r
a
=
Re
a 2 + b2
ϕ
= arctan
b
a
Na representação cartesiana a resposta em fr. desdobra-se em dois gráficos, um representando o ganho | G(jω)|
e outro a fase
G(jω) , ambos em função da fr. Tipicamente estes gráficos são representados na escala
logarítmica.
A vantagem de representar
na escala log é a de conseguir um amplo intervalo de variação da fr. dentro das
dimensões limitadas do gráfico. Outra vantagem é a conversão de fatores multiplicativos em fatores aditivos.
x=log ω
0
0,30 0,48 0,60
0,70
0,78 0,85 0,90 0,95 1
2
3
x=20log ω (dB)
0
6
9,6
12
14
15,6 17
18
19
20
40
60
ω=10x
1
2
3
4
5
6
8
9
10
100
1000
uma oitava
dobro da fr.
∆x = 0,3 ou
6dB
7
uma oitava
dobro da fr.
∆x = 0,3 ou
6dB
______________________________________________________________________________________________________ 21
Teoria: “Resposta em Frequência de Amplificadores ”
FEI / EL 7430 / NE 8430
A denominação oitava é emprestada da música, onde uma nota que tenha o dobro da fr. de outra, é uma
oitava superior a essa outra, pois a escala musical tem sete notas, dobrando-se a fr. passamos de uma escala
para a mesma nota da escala imediatamente superior.
Nas funções de transferências aparecem normalmente 4 tipos básicos de fatores, estudaremos separadamente
3 tipos, que são os que aparecem em amplificadores de pequenos sinais, o 4º fator será estudado na cadeira
de Controle Automático.
fator de ganho – K
fatores integrais ou derivativos – (jω)+/- 1
fatores de 1ª ordem – (jω + 1)+/- 1
fatores de 2ª ordem – [(jω/ω0)2 + a(jω) + 1]+ 1
Como exemplo suponhamos a seguinte função de transferência:
ω
ω1
G ( jω ) =
ω
( jω ) 1 + j
ω2
Kg 1 + j
Defini-se por zero as raízes que anulam a equação do numerador e por polo as raízes que anulam o
denominador.
Como já foi dito, o diagrama de Bode consta de dois traçados; um é o diagrama logarítmico de módulo
de uma função de transferência senoidal, e outro é o diagrama de ângulo de fase. Ambos são
representados em função da fr. em escala logarítmica, temos portanto:
Módulo –>
G ( jω )dB = 20 log k g + 20 log 1 + j
Fase –> ϕ
=
[(0 se Kg ≥ 0
ω
ω
− 20 log jω − 20 log 1 + j
ω1
ω2
e 180 0 se Kg 0) + ϕ 1 − 90 0 − ϕ 2
]
Analisando as parcelas de forma independente temos:
1ª parcela – Kg
|G(jw)|
YdB
20 log Kg = YdB
= 00 para Kg >0 e
= -180º para Kg <0
w
G(jw)
Kg>0
w
-180º
Kg<0
______________________________________________________________________________________________________ 22
Teoria: “Resposta em Frequência de Amplificadores ”
FEI / EL 7430 / NE 8430
2ª parcela - 1 + j
ω
ω1
Módulo
ω
ω
20log 1 + j
= 20log 12 +
ω1
ω1
ω
ω1
ω
para
ω1
2
1 temos 20log1 = 0 dB
para
1 temos 20log
ω
= 20 [log ω − log ω1 ]
ω1
por exemplo se 1 = 1 temos,
para = 1 → 20 [log1 − log1] = 0 dB
para = 10 → 20 [log10 − log1] = 20 dB
notemos que existe um erro para = 1, ou seja,
20log 1 + j
ω
= 20log 12 + 12 = 20log 2 ≅ 3 dB
ω1
Fase
ω
arctan
para
para
para
para
para
ω1
1
= arctan
ω
ω1
<< 1 temos arctan 0 = 0º
>> 1 temos arctan ∞ = 90º
= 1 temos arctan 1 = 45º
= 1/10 temos arctan 0,1 = 5,7º 6º
= 10 1 temos arctan 10 = 84,3º ou seja faltam ~6º para 90º
Com os dados acima podemos desenhar o diagrama de Bode conforme segue,
|G(jw)|
20 dB/dec
20dB
3dB
0,1
w1 1
10
w
G(jw)
90º
84º
45º
0º
6º
w
______________________________________________________________________________________________________ 23
Teoria: “Resposta em Frequência de Amplificadores ”
FEI / EL 7430 / NE 8430
1
jω
3ª parcela –
1
= 20 [log1 − log ω ] = − 20log ω
jω
= 1 → − 20 log1 = 0 dB
= 0,1 → − 20log 0,1 = + 20 dB
= 10 → − 20log10 = − 20 dB
20log
ω
ω
ω
|G(jw)|
-20 dB/dec
20dB
0,1
-20dB
1
w
10
G(jw)
0º
w
-90º
|G(jw)|
1
4ª parcela –
1+ j
20 log
1
1+ j
ω
ω2
0,1
ω
ω2
10
w
-3dB
-20dB
-20 dB/dec
=
G(jw)
ω
= 20 log1 − log 1 + j
ω2
= − 20log 1 + j
w2 1
ω
ω2
0º
=
w
-6º
-45º
-90º
-84º
o raciocínio é idêntico a parcela 2,
com exceção do sinal, o que resulta no diagrama ao lado.
______________________________________________________________________________________________________ 24
Teoria: “Resposta em Frequência de Amplificadores ”
FEI / EL 7430 / NE 8430
3. Faixa de Passagem do Amplificador
A figura a seguir mostra a resposta em frequência de módulo de um amplificador. Ela indica que o ganho
é praticamente constante dentro de uma faixa denominada “Faixa passante” e que decresce para as
20 log |G( )|
3 dB
Faixa de passagem
1
2
frequências situadas acima e abaixo desta faixa.
4. Análise no domínio “s”
Como será amplamente estudado na cadeira de Controle Servomecanismos, existe grande vantagem em
se estudar a resposta em frequência em termos da variável complexa “s”. Na análise no domínio “s”, a
impedância do capacitor C é igual a 1/(sC) e a impedância do indutor L é igual a sL.
Usando a técnica de análise de circuito, deduzimos a função de transferência para dois circuitos passivos
denominados Filtro Passa Baixa e Filtro Passa Alta.
4.1. FPB – Filtro Passa Baixa
tendo-se X c
vo
=
vi
R+
=
1
sC
1
1
=
jω C
sC
1
vi
=
sC
( RCs + 1)
______________________________________________________________________________________________________ 25
Teoria: “Resposta em Frequência de Amplificadores ”
FEI / EL 7430 / NE 8430
Função de transferência : G ( s ) =
vo
vi
=
vi
( RCs + 1)
vi
=
1
( RCs + 1)
Função de transferência em regime permanente senoidal, neste caso s = j , temos portanto:
1
1
G ( jω ) =
=
( RCjω + 1)
ω
j
+1
ω0
Defini-se 0 = 1/ sendo a constante de tempo do circuito, que é igual a
O módulo da função de transferência é calculado como sendo
G( jω )
1
=
ω
ω0
e a fase como,
2
ϕ ( jω )
=
= RC.
ω
(
ω )
− arctan
0
1
+ 12
Variando e mantendo a amplitude constante do sinal de entrada vi, levantamos a resposta em
frequência do FPB.
|G(jw)|
w0/10
w0
10w0
w
-3dB
-20dB
-20 dB/dec
G(jw)
0º
w
-6º
-45º
-90º
-84º
______________________________________________________________________________________________________ 26
Teoria: “Resposta em Frequência de Amplificadores ”
FEI / EL 7430 / NE 8430
4.2. FPA – Filtro Passa Alta
=
tendo-se X c
vo
=
vi
R+
1
sC
1
jω C
.R =
=
1
sC
vi R
1
R+
sC
vi
=
1+
1
RCs
vi
Função de transferência : G ( s ) =
vo
vi
1+
=
1
RCs
vi
1
=
1+
1
RCs
Função de transferência em regime permanente senoidal, neste caso s = j , temos portanto:
1
1
jω
G ( jω ) =
=
=
1
ω
( jω + ω0 )
1+
1+ 0
RCjω
jω
G ( jω ) =
ω
ω0
ω
j
+1
ω0
j
Defini-se ω0 = 1/ sendo a constante de tempo do circuito, que é igual a
O módulo da função de transferência é calculado como sendo
= RC.
______________________________________________________________________________________________________ 27
Teoria: “Resposta em Frequência de Amplificadores ”
FEI / EL 7430 / NE 8430
G( jω )
ϕ ( jω )
=
=
2
ω
ω0
ω
ω0
w
ω0
=
2
ω
ω0
+1
e a fase como,
2
+1
ω
ω
0
ω
− arctan ω
arctan 0
ω 0 = 90 − arctan ω 0
zero
( )
( )
|G(jw)|
20 dB/dec
20dB
0,1wo
wo
10wo
w
3dB
G(jw)
90º
84º
45º
0º
6º
w
-45º
-90º
______________________________________________________________________________________________________ 28
Teoria: “Resposta em Frequência de Amplificadores ”
FEI / EL 7430 / NE 8430
CENTRO UNIVERSITÁRIO DA FEI
EL 7430 / NE 8430 - Relatório de Eletrônica III - Laboratório
Prof º.: ________________ Turma:______ Bancada nº:____
Data de entrega: ____ / ____ / _____
Relatório:
3a
Experiência:
ACEITO
RECUSADO
“Resposta em Frequência
Amplificadores”
NOMES DOS INTEGRANTES DO GRUPO
1.
2.
3.
4.
CORRIGIR
NÚMEROS
de
I. Objetivos
Familiarização a resposta em frequência (Sedra/Smith: Cap. 01, item 1.6; Cap. 07 e ApêndiceF));
Uso do diagrama de Bode.
II. Material
• Software MULTISIM.
IV. Parte Prática
1. Amplificador 1º estágio
1.1. Dado o circuito da figura 1, aplicar o gerador de funções com uma tensão 1,0 mV e frequência
1 kHz;
1.2. Medir o ganho com o osciloscópio. Para tanto medir a tensão de saída Vs e de entrada Ve.
1.3. Usar o Bode Plotter (amplitude) e medir as frequências de corte e o ganho da banda passante em dB
(A dB = 20 log (Vs/Ve);
1.4. Usar o Bode Plotter (fase) e medir os ângulos nas frequências importantes;
Anotar todos os dados obtidos na tabela I.
Figura 1: Circuito elétrico do 1o estágio do amplificador.
______________________________________________________________________________________________________ 30
3a Experiência: “Resposta em Frequência de Amplificadores”
FEI / EL 7430 / NE 8430
2. Amplificador 2º estágio
2.1. Dado o circuito figura 2, aplicar o gerador de funções com uma tensão 1,0 mV e frequência 1 kHz;
2.2. Medir o ganho com o osciloscópio. Para tanto medir a tensão de saída Vs e de entrada Ve, a relação
entre elas será o ganho. Anotar os dados obtidos na tabela I;
2.3. Usar o Bode Plotter (amplitude) e medir as frequências de corte e o ganho da banda passante em dB;
2.4. Usar o Bode Plotter (fase) e medir os ângulos nas frequências importantes;
Anotar todos os dados obtidos na tabela I.
Figura 2: Circuito elétrico do 2o estágio do amplificador.
3. Amplificador com dois estágios
3.1. Dado o circuito abaixo, aplicar o gerador de funções com uma tensão 1,0 mV e frequência 1 kHz;
3.2. Medir o ganho com o osciloscópio. Para tanto medir a tensão de saída Vs e de entrada Ve, a relação
entre elas será o ganho. Anotar os dados obtidos na tabela 1;
3.3. Usar o Bode Plotter (amplitude) e medir as frequência. de corte e o ganho da banda passante em dB;
Figura 3: Circuito elétrico do amplificador com dois estágios.
______________________________________________________________________________________________________ 31
3a Experiência: “Resposta em Frequência de Amplificadores”
FEI / EL 7430 / NE 8430
Tabela I
Ve (Vpp)
Osciloscópio
Circuito 1
Circuito 2
Circuito 3
Vs (Vpp)
Av (Vs / Ve)
Av em frequências
Bode Plotter
médias (dB)
frequência 1 a (-3dB)
frequência 2 a (-3dB)
4. Analise os resultados apontados na Tabela I e explique:
4.1.
Por que a frequência de corte inferior (fr1) para o circuito 1 é maior que para o circuito 2?
4.2.
Por que o ganho, para a faixa de frequências médias, do circuito 1 é bem maior do que o circuito 2?
R:_________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
R:_________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
4.3. Levantar os gráficos ( Diagrama de Bode ) dos circuitos 1 e 2, a soma dos circuitos ( 1 + 2 ) e o do
circuito 3. Comparar os resultados dos diagramas soma ( 1+2 ) com o do circuito 3.
______________________________________________________________________________________________________ 32
3a Experiência: “Resposta em Frequência de Amplificadores”
FEI / EL 7430 / NE 8430
Gráfico 1: circuitos 1 e 2:
frequência [ Hz ]
Gráfico 2: circuito 3:
frequência [ Hz ]
______________________________________________________________________________________________________ 33
3a Experiência: “Resposta em Frequência de Amplificadores”
FEI / EL 7430 / NE 8430
Faça a comparação entre os resultados obtidos, justificando a sua resposta.
R:_________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
Conclusões
______________________________________________________________________________________________________ 34
3a Experiência: “Resposta em Frequência de Amplificadores”
FEI / EL 7430 / NE 8430
CENTRO UNIVERSITÁRIO DA FEI
EL 7430 / NE 8430 - Relatório de Eletrônica III - Laboratório
Prof º.: ________________ Turma:______ Bancada nº:____
Data de entrega: ____ / ____ / _____
Relatório:
ACEITO
RECUSADO
CORRIGIR
4a Experiência: “Teoria e Prática de Termistores”
NOMES DOS INTEGRANTES DO GRUPO
1.
2.
3.
4.
NÚMEROS
I – Termistores
1. Introdução
Os termistores estão inclusos na classe dos sólidos conhecidos como semicondutores, tendo uma
condutividade elétrica que está entre os condutores e os isolantes. O termo termistor é derivado do inglês
thermistors – “ thermally sensitive resistors” , pois sua resistência varia com a temperatura.
Existem dois tipos de termistores, o NTC – “Negative Temperature Coefficient e o PTC – “Positive
Temperature Coefficient” .
2. NTC – Coeficiente negativo de temperatura
É um componente resistivo cuja resistência decresce com o aumento da temperatura.
2.1. Constituição
Os termistores são fabricados com um semicondutor sólido cuja resistividade possui um alto
coeficiente de temperatura. É constituído de uma mistura de cromo, manganês, ferro, cobalto e
níquel.
Sua fabricação é semelhante a da cerâmica. Depois de uma intensa mistura e da adição de um
aglutinante plástico, é dado a forma adequada, após o que é submetido a altas temperaturas
suficiente para haver a sinterização e consequente oxidação. Finalmente são aplicados contatos
elétricos.
2.2. Símbolo
Segundo a NB-87 da ABNT temos a seguinte representação gráfica:
tº
Figura 1- Simbologia utilizada para o NTC.
______________________________________________________________________________________________________ 36
4a Experiência: “Teoria e Prática de Termistores”
FEI / EL 7430 / NE 8430
2.3. Relação entre a resistência e a temperatura
A figura 2 mostra a relação entre a resistência e a temperatura. Notar que temos uma relação não
linear, porém podemos considerar a resposta aproximadamente linear para trechos limitados de
variação de temperatura.
Figura 2 – Variação da resistência com a temperatura
A figura 3 apresenta a relação entre a tensão aplicada e a corrente que circula pelo NTC. Notar que no
início temos uma reta, isto é o NTC segue a lei de Ohm, mas a partir de um certo ponto a potência
dissipada aumenta a temperatura do NTC fazendo com que sua resistência diminua, passamos então a
ter uma não linearidade.
______________________________________________________________________________________________________ 37
4a Experiência: “Teoria e Prática de Termistores”
FEI / EL 7430 / NE 8430
Figura 3 – Relação entre I x V aplicadas ao NTC
2.4. Modelo matemático
A variação da resistência com a temperatura para o NTC pode ser expressa pela seguinte equação:
R =
A×e
B
T
Sendo:
R – resistência do NTC em ohms, na temperatura T (ºK);
A e B – constantes para cada NTC;
e – base dos logaritmos neperianos = 2,718;
T – temperatura em Kelvin.
______________________________________________________________________________________________________ 38
4a Experiência: “Teoria e Prática de Termistores”
FEI / EL 7430 / NE 8430
Se T tender para o infinito, teremos (B/T) tendendo a zero e portanto e
Podemos tirar que a dimensão de A é ohms e a de B em Kelvin.
B
T
= 1 , o que resulta em R = A.
Podemos calcular A e B de uma maneira indireta. Submetendo o NTC a uma temperatura T1 teremos sua
resistência igual a:
B
T1
R1 = A × e
Se submetermos o NTC a uma temperatura T2 teremos sua resistência igual a:
R2
=
A×e
B
T2
Dividindo-se R1 por R2, teremos:
R1 e
=
R2
e
B
T1
B
T2
=e
B
1
1
−
T1 T2
, calculando o log neperiano para ambos os termos ficamos com:
R1
ln
R2
ln
R1
R2
= ln e
= B
B
1
1
−
T1 T 2
1
1
−
T1 T2
R1
R2
B =
1
1
−
T1 T2
conhecendo-se B determina-se o valor de A.
ln
2.5.
Especificações de um NTC típico
Valor da resistência a + 25ºC
Valor de B25/85
Dissipação máxima
Fator de dissipação
Constante de tempo térmica
Faixa de operação de temperatura:
para dissipação zero
para máxima dissipação
2,2 a 1300
2675 a 5450 K
1W
10 mW/ºC
60 seg. aproximadamente
-25 a +125 ºC
0 a + 55 ºC
Por exemplo, NTC de 1300 , tem um valor de B25/85 = 5450 K, coeficiente de temperatura – 6,15 % /
ºC e é identificado pelas cores marron/laranja/vermelho.
______________________________________________________________________________________________________ 39
4a Experiência: “Teoria e Prática de Termistores”
FEI / EL 7430 / NE 8430
2.6. Cuidados para medir um NTC
2.6.1. Nunca medir um NTC ao ar, isto provoca medidas erradas devido a variação de temperatura.
Use um líquido não condutivo como óleo de silicone;
2.6.2. Use um termômetro com precisão de 0,1 ºC ou melhor. Mesmo que o óleo seja
adequadamente agitado, ainda existe gradiente de temperatura. Medir a temperatura tão perto
quanto possível do NTC;
2.6.3. Antes de proceder a leitura da temperatura, espere o NTC entrar em equilíbrio térmico com o
óleo, pelo menos 1 minuto;
2.6.4. Use a menor tensão possível aplicada ao NTC, caso contrário o NTC irá ser aquecido pela
corrente elétrica. Recomenda-se tensão da ordem de 0,5 volts.
2.7. Exemplos de aplicação
2.7.1. Normalmente os NTC são conectados a uma ponte de Weatstone, conforme mostrado a
seguir:
Sendo r a variação de R para uma determinada faixa de temperatura, podemos deduzir:
Tensão diferencial Vd=(V1-V2),
V cc
V cc
( R + r) =
( R + r)
V1 =
R+ R+r
2R + r
V cc R
V cc
V2 =
=
R+ R
2
Vd
= V1 − V2
=
Vcc ( R + r ) Vcc
−
2R + r
2
Vd
=
= Vcc
2( R + r ) − ( 2 R + r )
2( 2 R + r )
Vcc r
4 R + 2r
Tensão em modo comum, Vcm =(V1-V2)/2, aproximadamente Vcm ~ Vcc/2
______________________________________________________________________________________________________ 40
4a Experiência: “Teoria e Prática de Termistores”
FEI / EL 7430 / NE 8430
2.7.2. Uso do NTC com um amplificador de diferenças (Sedra/Smith cap. 2, pag. 82)
V0
Sabe-se que CMRR = Ad/Acm (Sedra pag.464, equação 6.38), podemos deduzir que:
V0
=
Ad (V1 − V2 ) +
Ad
V1 − V2
CMRR
2
sendo Ad = R2/R1,
como CMRR costuma ser da ordem de 80 dB ou 10.000 podemos desprezar o efeito do sinal de modo
comum, ficando a saída igual a:
V0
=
R2
(V − V1 )
R1 2
______________________________________________________________________________________________________ 41
4a Experiência: “Teoria e Prática de Termistores”
FEI / EL 7430 / NE 8430
3. PTC – Coeficiente positivo de temperatura
É um componente resistivo cuja resistência aumenta com o aumento da temperatura, ou seja possui
coeficiente positivo de temperatura.
3.1. Constituição
São fabricados a partir de óxido semicondutores, tais como BaTiO3 e SrTiO3. Apresentam as
seguintes diferenças em relação ao NTC:
- O seu coeficiente é positivo apenas dentro de determinado intervalo de tempera;
- O valor absoluto de seu coeficiente de temperatura é na maior parte das vezes bem superior ao dos
NTC.
3.2. Símbolo
Segundo a NB-87 da ABNT temos a seguinte representação gráfica:
tº
3.3. Relação entre a resistência e a temperatura
______________________________________________________________________________________________________ 42
4a Experiência: “Teoria e Prática de Termistores”
FEI / EL 7430 / NE 8430
3.4. Modelo matemático
Devido ao comportamento irregular, o PTC não possui uma equação que defina matematicamente
seu comportamento.
3.5. Especificações de um PTC típico
Valor da Resistência a 25 ºC
Valor da Resistência a 80 ºC
Coeficiente de temperatura
Máxima tensão a Tamb=+55ºC
Fator de dissipação
Temperatura de operação
a potência zero
a Vmáx
250 +/- 25%
3700 +/- 30%
+ 5 % / ºC aproximadamente
25 Vdc
6 mW / ºC
-25 a +155 ºC
+0 a +55 ºC
3.6. Exemplos de aplicação
Relê temporizado
______________________________________________________________________________________________________ 43
4a Experiência: “Teoria e Prática de Termistores”
FEI / EL 7430 / NE 8430
I. Objetivos
Familiarização prática com o NTC;
Verificação experimental do comportamento do NTC em função da variação de temperatura.
II. Material
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
01 Fonte 12V dupla com seus respectivos cabos
01 Fonte ajustável simples com seus respectivos cabos
01 Multímetro ET2700
01 Multímetro com sensor de temperatura
01 Kit didático “Amplificador operacional”
01 placa “ponte de Wheatstone”
10 cabos banana-banana e 02 garras jacaré.
01 resistor de 560Ω , 100kΩ
02 resistores de 10kΩ, 1,2kΩ e 47kΩ
01 potenciômetro de 1kΩ
III. Parte Prática
1. NTC como sensor de temperatura
1.1. Medir a temperatura ambiente e a resistência do NTC a esta temperatura. Atenção para deixar o
NTC se estabilizar na temperatura ambiente e colocar o NTC próximo a ponta medidora de
temperatura.
T ambiente = _____________ ºC
RNTCamb = ____________ Ω
1.2. Segurar a ponta medidora de temperatura com os dedos polegar e indicador da mão esquerda e o
NTC com os da direita até a temperatura estabilizar (~2 min) anotar o valor da temperatura e da
resistência do NTC.
T2 = _____________ ºC
RNTC = ____________ Ω
1.3. Calcular A e B do NTC indicando a expressão da função. Qual será o valor da resistência do NTC a
50oC?
A = ___________
B = ______________
Expressão: R =
R50 = ______________Ω
______________________________________________________________________________________________________ 44
4a Experiência: “Teoria e Prática de Termistores”
FEI / EL 7430 / NE 8430
1.4. Para o circuito abaixo, calcular o valor de Vd e V0 para a temperatura T2 . Detalhar os cálculos no
quadro abaixo:
Cálculos:
Vd = ________ V e
V0 = _________ V
1.5. Montar o circuito a seguir. OBS.: Ajustar o offset do amplificador operacional antes da
realização do experimento.
______________________________________________________________________________________________________ 45
4a Experiência: “Teoria e Prática de Termistores”
FEI / EL 7430 / NE 8430
1.6. Com o NTC a temperatura ambiente, ajustar o potenciômetro de forma a termos V0 = 0 V.
1.7. Segurar o NTC com os dedos polegar e indicador. Depois de estabilizado a temperatura, medir o
valor de Vd e V0. Comparar com os valores calculados.
Vo =
Vd =
Conclusões finais
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
_________________________________________________________________ _________
______________________________________________________________________________________________________ 46
4a Experiência: “Teoria e Prática de Termistores”
FEI / EL 7430 / NE 8430
CENTRO UNIVERSITÁRIO DA FEI
EL 7430 / NE 8430 - Relatório de Eletrônica III - Laboratório
Prof º.: ________________ Turma:______ Bancada nº:____
Data de entrega: ____ / ____ / _____
Relatório:
ACEITO
RECUSADO
CORRIGIR
5a Experiência: “Teoria e Prática de Célula Solar”
NOMES DOS INTEGRANTES DO GRUPO
1.
2.
3.
4.
NÚMEROS
I – Célula Solar
1. Introdução
A conversão da luz solar em energia elétrica é conseguida através das células solares, cujo processo é
usualmente chamado de efeito fotovoltaico.
O termo fotovoltaico é adotado para diferenciar-se do termo fotocondutivo, ambos são efeitos fotoelétricos
que acontecem em materiais semicondutores. No efeito fotocondutivo, cargas elétricas livres são geradas
por fótons da luz incidente. Isto ocorre pela foto-ionizacão interna dos átomos ou íons que constituem o
cristal semicondutor. As novas cargas móveis incrementam a condutividade elétrica do material. Este efeito
não gera energia, mas pode ser empregado como dispositivo sensível a luz. O efeito fotovoltaico por sua
vez, pode ocorrer somente quando existir uma barreira potencial no material semicondutor quando este não
estiver iluminado. Tal barreira é achada, por exemplo, na interface entre duas áreas com diferentes dopagens,
isto é, onde dois tipos diferentes de impurezas introduzidas em concentração inferior a 1%. Se este material
é iluminado, a carga elétrica criada pela luz através do efeito fotovoltaico irá ser separada pela barreira em
cargas positivas de um lado e cargas negativas do outro lado. Este é o efeito fotovoltaico o qual é um
processo gerador de potência elétrica P = VxI.
É importante dizer que este tipo de conversão não depende da temperatura, ao contrário, a eficiência da
célula solar cai quando sua temperatura aumenta. Este comportamento é devido ao fato de que os fótons da
luz solar transferem sua energia diretamente para os elétrons. Devido a este fato, a eficiência das células
solares é excelente nas regiões polares da terra, sendo que sua eficiência não cai para regiões cujo céu é
coberto por nuvens. O mesmo não ocorre para regiões equatoriais onde a incidência da luz solar é direta e
aquecem a célula.
A conversão fotovoltaica pode ser encontrada em qualquer semicondutor. Isolantes não são adequados
devido a sua baixa condutividade; tanto quanto para os metais, eles são insensíveis a luz devido a sua alta
concentração de elétrons no escuro.
Os melhores semicondutores para a conversão da luz solar em energia elétrica, são aqueles sensíveis a luz
solar visível. O semicondutor PbS que é sensível a luz infravermelha não é adequado para gerar energia
elétrica apesar de ser muito útil na detecção da luz infravermelha. ZnS, o qual é sensível a luz ultravioleta,
também não é adequado para a conversão de energia solar em elétrica.
2. Célula solar convencional
No presente momento, o silício é o material semicondutor mais importante para a conversão de energia solar
fotovoltaica, as células são fabricadas de material monocristalino. Normalmente, as células de baixo custo
tem o formato de disco porque são feitas de fatias cortadas diretamente da barra monocristalina tirada da
fundição. A estrutura da célula solar típica é mostrada na figura 1.
Grade de contato (negativo)
Cobertura antireflexiva
Camada dopada com Fósforo
barreira a 0,3 m da superfície
Vapor de metal – contato
positivo
pastilha de silício com 0,03
tipo P com Boro
m, dopada
Figura 1 – Esquema de uma célula solar.
______________________________________________________________________________________________________ 48
5a Experiência: “Teoria e Prática de Célula Solar”
FEI / EL 7430 / NE 8430
Devido a camada de barreira (junção PN), a qual é essencial para o efeito fotovoltaico, a célula solar tem
uma característica de diodo quando está no escuro.
3. Curva característica
A característica IxV de uma célula típica de 2x2 cm é mostrada pela Figura 2.
Figura 2 – Característica I x V.
______________________________________________________________________________________________________ 49
5a Experiência: “Teoria e Prática de Célula Solar”
FEI / EL 7430 / NE 8430
Sob luz, a curva I x V tem o mesmo formato mas a corrente começa com um valor negativo. Como
resultado, uma tensão de circuito aberto aparece no eixo positivo da tensão e uma corrente de curto circuito
no eixo negativo da corrente.
A curva I x V se desloca linearmente ao longo do eixo da corrente como função da intensidade luminosa. A
tensão de circuito aberto varia logaritmicamente em função da intensidade luminosa.
A máxima potência pode ser obtida otimizando o produto I x V. Este ponto corresponde a tensão Vm a qual
é ligeiramente menor que a tensão Voc (vide Figura 2).
A célula solar pode ser fixada no seu ponto de máxima potência de duas formas: pela aplicação de uma
tensão externa de valor Vm ou conectando-se uma carga resistiva de valor R=Vm/Im.
Para as células solares de Silício, à uma temperatura ambiente e uma intensidade luminosa AMO – Air Mass
zero (atmosfera zero), a tensão está entre 0,55 a 0,60 volts e a corrente de curto circuito é de
aproximadamente 30 mA/cm2.
4. Circuito equivalente
O circuito equivalente para a célula solar, quando sob luz, é mostrado na figura 3. Variando-se a carga Rcarga
de zero a infinito, obtém-se a curva característica I x V da célula solar.
I
V
Figura 3 – Circuito equivalente de uma célula solar.
Conforme mencionado anteriormente, a potência de saída da célula solar cai quando a temperatura aumenta.
Isto pode ser visto na figura 4. Uma célula típica perde em torno de 0,35% a 0,45% por grau Celsius de
elevação da temperatura. Em outras palavras para uma variação da temperatura de 20 ºC para 70 ºC a célula
solar perde 20% da sua potência.
______________________________________________________________________________________________________ 50
5a Experiência: “Teoria e Prática de Célula Solar”
FEI / EL 7430 / NE 8430
Figura 4 – Potência x temperatura; tensão em circuito aberto x temperatura e corrente de curto
circuito x temperatura.
______________________________________________________________________________________________________ 51
5a Experiência: “Teoria e Prática de Célula Solar”
FEI / EL 7430 / NE 8430
5. Eficiência
A eficiência da célula solar é definida como a relação entre a potência elétrica, a qual pode ser extraída do
ponto de máxima potência da curva I x V, e a luz incidente. Para a luz monocromática, por exemplo feixe de
luz amarela ou verde, a máxima eficiência teórica está entre 45% e 50%. No entanto, a eficiência
obtida da luz do Sol é menor. Isto é devido ao espectro da luz solar se estender do ultravioleta passando pela
luz visível até o infravermelho, sendo que a célula solar é insensível a luz fora da faixa visível.
Para a luz solar fora da atmosfera, chamada Air Mass 0 (AM0), com uma intensidade de luz de 1,38 kW/m2,
a máxima eficiência para a célula de silício é de 19%. No nível do mar Air Mass 1 (AM1), o espectro de luz
é diferente, a luz infravermelha é muito menor que no espaço, sendo a intensidade de luz 1 kW/m2. Nas altas
montanhas a intensidade aumenta para 1,1 kW/m2. Apesar da intensidade de luz na terra ser menor que a do
espaço, a diferença da composição espectral no nível do mar tem o efeito de concentrar mais a energia em
parte do espectro onda a célula solar é mais sensível. Tem sido comprovado experimentalmente que a
eficiência das células de silício é, de uma maneira geral, 20% maior ao nível do mar que no espaço. A
máxima eficiência teórica ao nível do mar é de 23%.
As células solares comerciais tem uma eficiência de 10% a 15% ao nível do mar.
6. Painel solar
O painel solar também chamado de bateria solar, é constituído de células solares de 5 cm a 10 cm de
diâmetro. Estas células são ligadas em paralelo, para aumentar a capacidade de corrente, e estes conjuntos
ligados entre si em série, para aumentar a tensão fornecida.
Um cuidado especial deve ser tomado com respeito as características elétricas das células, estas devem
possui a mesma tensão de circuito aberto e o mais importante ainda é possuir o mesmo ponto de potência
máxima.
Uma forma de evitarmos problemas com a eventual diferença de uma célula em relação ao conjunto de
células em paralelo, é colocarmos um diodo em paralelo que servirá de bypass para a corrente reversa.
7. Armazenamento de energia em baterias
É comum utilizar-se baterias químicas recarregáveis associadas com os painéis solares, de forma a garantir o
suprimento de energia quando não se tem insolação suficiente.
Quando baterias chumbo ácido são recarregadas, a tensão aumenta progressivamente, cada célula da bateria
tem sua tensão aumentada de 2,1 V para 2,4 V quando atinge a plena carga. Assim o painel solar deve
fornecer 2,1 V no ponto de máxima potência e 2,4 V de tensão de circuito aberto, isto multiplicado pelo
número de células da bateria. Deve-se colocar um diodo em série para evitar-se que a bateria se descarregue
através do painel solar quando não tivermos insolação suficiente.
8. Vida útil das células solares
A expectativa de vida dos painéis solares são de 25 a 30 anos.
9. Concentradores dos raios solares
Para melhorar a eficiência dos painéis solares, existem diversas geometria de concentradores solares. A
seguir temos dois exemplos de concentradores:
______________________________________________________________________________________________________ 52
5a Experiência: “Teoria e Prática de Célula Solar”
FEI / EL 7430 / NE 8430
Este concentrador possui um fator de concentração que varia de 2 a 4, dependendo do ângulo que o espelho
forma com a normal e da incidência de raios difusos.
______________________________________________________________________________________________________ 53
5a Experiência: “Teoria e Prática de Célula Solar”
FEI / EL 7430 / NE 8430
Este concentrador possui um fator de concentração que varia de 4 a 10, porém ele precisa ser ajustado na sua
posição em relação a direção norte/sul.
______________________________________________________________________________________________________ 54
5a Experiência: “Teoria e Prática de Célula Solar”
FEI / EL 7430 / NE 8430
I. Objetivos
Familiarização prática com a Célula solar;
Verificação experimental da potência elétrica fornecida pelo painel solar em função da incidência da
energia luminosa.
II. Material
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
01 Fonte 12 volts dupla com seus respectivos cabos
01 Fonte ajustável simples com seus respectivos cabos
01 Multímetro (ET2700)
01 Multímetro com sensor de temperatura
01 Kit didático “Painel solar”
01 Década resistiva
10 cabos banana- banana e 02 garras jacaré.
01 resistor de 560Ω , 100kΩ
02 resistores de 10kΩ, 1,2kΩ e 47kΩ
01 potenciômetro de 1kΩ
III. Parte Prática
1. Determinação da máxima potência fornecida pelo painel solar
1.1.
Montar o circuito da figura a seguir, sendo que as lâmpadas e painel solar estão montadas dentro da
caixa do kit didático:
Borne E
Borne A
1.2.
Ajustar a fonte de alimentação das lâmpadas para 10 volts e a década resistiva para 200 kΩ;
1.3. Levantar a curva de corrente x tensão gerada. Para tanto proceder conforme segue:
• manter a fonte luminosa constante (Vlâmpada = 10 volts) e manter a tampa do kit fechada;
• ajustar a década resistiva de forma a obter as tensões sugeridas na tabela abaixo;
• fazer a leitura da corrente equivalente, anotando-a na tabela abaixo:
• calcular a potência gerada pelo painel solar em cada caso e anotar seu valor na tabela.
V (volts cc)
I (mA cc)
curto
circuito
0,5
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
9,0
10,0
circuito
aberto
medida
P (mW)
calculada
______________________________________________________________________________________________________ 55
5a Experiência: “Teoria e Prática de Célula Solar”
FEI / EL 7430 / NE 8430
Resposta característica I x V:
1.4. Traçar, no mesmo gráfico IxV acima, a curva P x V - potência gerada em função da tensão. Para
tanto criar outra escala para o eixo das ordenadas mantendo o da abcissa para a tensão V.
1.5. Do gráfico tirar o valor da máxima potência gerada pelo painel solar e calcular o valor da resistência
de carga nesta situação,
Pmax = __________ mW
Rcarga = __________ Ω
2. Influência do concentrador solar
2.1.Montar o circuito abaixo.
______________________________________________________________________________________________________ 56
5a Experiência: “Teoria e Prática de Célula Solar”
FEI / EL 7430 / NE 8430
2.2 Abrir a caixa do kit de forma que os raios luminosos da sala de aula atinjam o painel solar. Com auxílio
da tampa da caixa do kit, posicioná-la de forma a ter-se a maior geração de energia elétrica pelo painel solar.
Desenhe qual a posição da folha propicia a maior geração de energia elétrica e explique.
R:_______________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
Conclusões finais
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
_________________________________________________________________ _________
______________________________________________________________________________________________________ 57
5a Experiência: “Teoria e Prática de Célula Solar”
FEI / EL 7430 / NE 8430
CENTRO UNIVERSITÁRIO DA FEI
EL 7430 / NE 8430 - Relatório de Eletrônica III - Laboratório
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Data de entrega: ____ / ____ / _____
Relatório:
ACEITO
RECUSADO
CORRIGIR
6a Experiência: “Realimentação”
NOMES DOS INTEGRANTES DO GRUPO
1.
2.
3.
4.
NÚMEROS
I. Objetivos
Verificação prática dos efeitos da realimentação ( vide livro texto: Cap. 08, pg. 608);
Efeito da realimentação na estabilidade térmica da polarização.
II. Material
• 01 Fonte de tensão simples com seus respectivos cabos.
• 01 Multímetro (ET2700)
• 01 Protoboard
• 01 BC548B
• fios para ligação
• 10 cabos banana- banana e 01 garra jacaré.
• 01 resistor de 470 Ω, 100 kΩ, 220 kΩ, 02 resistor de 240 Ω.
• 01 lâmpada bulbo leitoso de 100 W 110 volts com soquete.
III. Parte Prática
1. Circuito sem realimentação
1.1. Calcular a polarização para o circuito da figura abaixo, de forma a termos VCE = 5 volts, VBE =0,7V
e IC = 10mA, sendo = 250;
1.2. Montar o circuito e medir VCE. O valor deve estar em torno de 5 volts, podendo variar em até 40%
dependendo do valor de , o que não afetará os resultados da experiência. Caso o valor seja menor
que 3,0 volts ou maior que 6,5 volts, redimensionar Rb:
VCE (Transistor frio) = __________ V
1.3. Encostar uma lâmpada de 60 ou 100 watts, acesa,
no transistor, por um período de 1 minuto. Monitorar a tensão de VCE, e anotar o seu valor ao
final de um minuto.
VCE (Transistor quente) = __________ V
1.4. Calcular a variação percentual da tensão de VCE.
Variaçao% =
VCE (transistor
frio ) − VCE (transistor
VCE (transistor frio)
quente)
100
Variação = __________%
______________________________________________________________________________________________________ 59
6a Experiência: “Realimentação”
FEI / EL 7430 / NE 8430
2. Realimentação paralela/paralela
2.1. Calcular a polarização para o circuito da figura abaixo , de forma a termos VCE = 5V, VBE=0,7V e
IC = 10 mA, sendo = 250;
2.2. Montar o circuito e medir VCE. O valor deve estar em torno de 5 volts, podendo variar em até 40%
dependendo do valor de , o que não afetará os resultados da experiência. Caso o valor seja menor
que 3,0V ou maior que 6,5V, redimensionar Rb:
VCE (Transistor frio) = __________ V
2.3. Encostar uma lâmpada de 60 ou 100 watts,
acesa, no transistor, por um período de 1
minuto. Monitorar a tensão de VCE, e anotar
o seu valor ao final de um minuto.
VCE (Transistor quente) = __________ V
2.4. Calcular a variação percentual da tensão de
VCE.
Variaçao% =
VCE (transistor
frio ) − VCE (transistor
VCE (transistor frio)
quente)
100
Variação = __________%
Explique como se processa a realimentação:
R:_________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________________ 60
6a Experiência: “Realimentação”
FEI / EL 7430 / NE 8430
3. Realimentação série/série
3.1. Calcular a polarização para o circuito da figura abaixo , de forma a termos VCE = 5V, VBE =0,7V e
IC = 10 mA e RC = RE, sendo = 250.
VCE
3.2. Montar o circuito e medir VCE. O valor deve estar em torno de 5V, podendo variar em até 40%
dependendo do valor de , o que não afetará os resultados da experiência. Caso o valor seja menor
que 3,0V ou maior que 6,5V, redimensionar Rb:
VCE ( transistor frio ) = __________ V
3.3. Encostar uma lâmpada de 60 ou 100 watts, acesa, no transistor, por um período de 1minuto.
Monitorar a tensão de Vo, e anotar o seu valor ao final de um minuto.
VCE ( transistor quente ) = __________ V
3.4. Calcular a variação percentual da tensão de Vo.
Variação% =
VCE ( transistor frio) − VCE ( transistor quente)
VCE ( transistor frio)
Variação = __________%
______________________________________________________________________________________________________ 61
6a Experiência: “Realimentação”
FEI / EL 7430 / NE 8430
Explique como se processa a realimentação:
R:_________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
4. Resultados
Estabilidade da polarização para os três casos:
1. Sem realimentação
2. real. paralela/paralela 3. real. série/série
Variação % de VCE
Conclusões finais
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________________ 62
6a Experiência: “Realimentação”
FEI / EL 7430 / NE 8430
Equacionamento e Comentários
Autor: Prof Silvio Xavier Duarte
Ligações:
a) Sem realimentação
IB
VCC
VCE = VCC − RC × β × I B (I)
IC
RB
mas I B =
RC
VCC − VBE
RB
(II)
Substituindo (II) em (I) resulta:
VBE
VCE = VCC −
IE
RC × β
× (VCC − VBE )
RB
(III)
Neste esquema de ligação nota-se que as variações de β não afetam a corrente de base, cujo valor, permanece constante, ou seja, não há nenhum elo de realimentação. Assim a tensão sobre VCE sofre grande variação.
b) Realimentação paralela
VCC
VCE = VCC − RC × (β + 1) × I B (I)
IE
RC
IB
mas I B =
VCC − VBE − RC × (β + 1) × I B
RB
portanto I B =
IC
RB
IE
(II)
Substituindo (II) em (I) resulta:
VCE = VCC −
VBE
VCC − VBE
RB + RC × (β + 1)
RC × (β + 1)
× (VCC − VBE ) (III)
RB + RC × (β + 1)
Neste esquema de ligação nota-se que as variações de β afetam além da tensão VCE, a corrente de base. Ou
seja, quando β é modificado (por variações de temperatura) o valor de VCE é alterado, esta alteração é transferida para a tensão aplicada sobre RB que altera também a corrente de base fazendo uma compensação da
variação de β . Portanto há um elo de realimentação entre a saída e a entrada do circuito, neste circuito atra______________________________________________________________________________________________________ 63
6a Experiência: “Realimentação”
FEI / EL 7430 / NE 8430
vés de RC. Desta forma a tensão sobre VCE sofre menor variação com as alterações de ganho β quando comparada ao caso sem realimentação.
c) Realimentação série
IB
VCE = VCC − RC × β × I B − RE × (β + 1) × I B
VCC
IC
ou
RB
VCE = VCC − [RC × β + RE × (β + 1)] × I B (I)
RC
mas I B =
portanto I B =
VBE
RE
IE
(VCC − VBE ) − RE × (β + 1) × I B
RB
VCC − VBE
RB + RE × (β + 1)
(II)
Substituindo (II) em (I) resulta:
VCE = VCC −
RC × β + RE × (β + 1)
× (VCC − VBE ) (III)
RB + RE × (β + 1)
Neste esquema de ligação nota-se que as variações de β afetam além da tensão VCE, a corrente de base. Ou
seja, quando β é modificado (por variações de temperatura) o valor de VCE é alterado, esta alteração é transferida para a tensão aplicada sobre RB que altera também a corrente de base fazendo uma compensação da
variação de β . Portanto há um elo de realimentação entre a saída e a entrada do circuito, neste circuito através de RE. Desta forma a tensão sobre VCE sofre menor variação com as alterações de ganho β quando comparada ao caso sem realimentação.
______________________________________________________________________________________________________ 64
6a Experiência: “Realimentação”
FEI / EL 7430 / NE 8430
CENTRO UNIVERSITÁRIO DA FEI
EL 7430 / NE 8430 - Relatório de Eletrônica III - Laboratório
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Data de entrega: ____ / ____ / _____
Relatório:
ACEITO
RECUSADO
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7a Experiência: “Amplificador de Potência Classe B”
NOMES DOS INTEGRANTES DO GRUPO
1.
2.
3.
4.
NÚMEROS
I. Objetivos
Familiarização prática com amplificador de potência classe B ( Sedra/Smith : Cap. 09, pg. 694 );
Verificação experimental das não linearidade;.
Efeito da realimentação.
II. Material
• 02 Fontes duplas com seus respectivos cabos ( MPC-3003D )
• 01 fonte simples Minipa.
• 01 Gerador de funções ( modelo MFG-4200 ).
• 01 Multímetro ET2700
• 01 Placa “Amplificadores de Potência”.
• 01 Osciloscópio duplo feixe com memória TDS3012 com FFT.
• 10 cabos banana-banana e 01 garra jacaré.
• 01 resistor de 1kΩ , 10kΩ e 100kΩ.
III. Parte Prática
1. Circuito Amplificador de potência classe B
1.1. Montar o circuito da figura a seguir;
1.2. Levantar a característica de transferência vo x vi (Sedra/Smith - figura 9.6, pag. 695). Para tanto
preencher a tabela I e desenhar o gráfico. Utilizar o multímetro para medir as tensões.
Tabela I – Valores medidos de tensão
ventrada (volts) -6,0 -3,0 -1,8 -1,4 -1,0 -0,8 -0,6 -0,4
vsaída (volts)
ventrada (volts) 0,4
vsaída (volts)
0,6
0,8
1,0
1,4
1,8
3,0
6,0
______________________________________________________________________________________________________ 66
7a Experiência: “Amplificador de Potência Classe B”
FEI / EL 7430 / NE 8430
Característica de Transferência
1.3. Visualizar a característica de transferência vo x vi (Sedra/Smith - figura 9.6, pag. 695). Para tanto
ajustar a saída do gerador para sua tensão máxima, senoidal, frequência = 1 kHz e aplicar no canal A
do osciloscópio e vo no canal B. Ajustar o canal A para invertido (TDS3012 – {Menu vertical} + {Inv. Ligado} +
{Ch1 Inv. Lig}). Ajustar o Osciloscópio para obter a figura de Lissajou ({Display} + {Disp. xy}+{|__ xy}). Ajustar a
escala vertical de ambos canais até obter a figura mencionada. Desenhar o obtido no gráfico acima.
1.4. Explicar o que ocorreu nos pontos próximo a zero, e para os pontos próximos a tensão de
alimentação Vcc. O amplificador tem um comportamento linear? Explicar.
R:_______________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________________ 67
7a Experiência: “Amplificador de Potência Classe B”
FEI / EL 7430 / NE 8430
2. Efeito da realimentação no amplificador de potência classe B
2.1 Montar o circuito da figura a seguir:
2.2 Colocar a chave na posição A (na ausência da chave utilizar um cabo banana - banana);
2.3 Ajustar o offset do amplificador operacional. Para tanto antes de ligar o gerador de audio, aterrar a entrada Vi e
medir a tensão na saída do Amp. Op. ajustando-a para 0 volts.
2.4 Ajustar a tensão vi para 5 Vpp, fr = 1 kHz e medir vo com o osciloscópio. Desenhar a forma de onda.
2.5 Ajustar a chave para a posição B (circuito com realimentação). Ajustar a tensão vi para 5 Vpp, fr = 1 kHz e medir
vo com o osciloscópio. Desenhar a forma de onda sobreposta à forma de onda do item 2.4.
Sinal de saída vo com realimentação:
Sinal de saída vo sem realimentação:
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7a Experiência: “Amplificador de Potência Classe B”
FEI / EL 7430 / NE 8430
2.6 Comparar as curvas e explicar o porque da diferença entre elas:
R:_______________________________________________________________
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3. Potência fornecida pelo amplificador de potência classe B
3.1 Calcule a potência dissipada pelo resistor de carga (Sedra/Smith - equação 9.17 pag. 697)
Cálculos:
P = _________________ W
3.2 Qual a vantagem desta classe de amplificador em relação ao classe A?
R:_______________________________________________________________
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Conclusões finais
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7a Experiência: “Amplificador de Potência Classe B”
FEI / EL 7430 / NE 8430