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LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA BÁSICA I – EE531
PRIMEIRA EXPERIÊNCIA
ALUNOS:
Douglas Pagani Pereira
Kaue Tebaldi Miranda
Otavio Mateus Bernardi
RA 090954 Turma W
RA 097650 Turma W
RA 092538 Turma W
Data: 30/03/2012
Bancada: X + 2
1.
RESULTADOS DO EXERCÍCIO PREPARATÓRIO DA PRIMEIRA
EXPERIÊNCIA
1.1 CIRCUITO PRÉ-AMPLIFICADOR
O primeiro circuito simulado está representado na figura abaixo:
Fig.1 – Diagrama do circuito pré-amplificador.
Este circuito, pré-amplificador, tem como função dar um ganho ao sinal de
entrada, ganho que pode ser controlado através do valor das resistências utilizadas na
montagem. Desta forma, para que o cirucuito possa ter seu ganho variado, uma das
resistências é um potenciômetro, que permite que sua resistência seja alterada.
Neste primeiro momento de simulações, a variação da resistência do
potenciômetro será analisada e nos mostrará o comportamento do circuito que será,
posteriormente, explicado.
A primeira simulação foi realizada com o “set” do potenciômetro em zero, ou
seja, a resistência vista do terminal central do potenciômetro era igual a zero. A saída
obtida pode ser obervada na figura 2:
Fig. 2 – O sinal mais escuro é a entrada, o mais claro a saída. Com o potenciômetro com set =0,
o que significa zero Ohms no pino central
Pela escala, é possível observar que o ganho do circuito foi de dez vezes, o
máximo alcancado pelos circuito.
A próxima posição no potenciômetro, set=0,5, resultou na seguinte saída que
mostrou ganho unitário:
Fig. 3 - Com o potenciômetro com set =0,5 , ou seja, 25kOhms ohms no pino central. Entrada e
saída estão sobrepostas.
Por último, o potenciômetro foi usado com set=1, tornando-se uma resistência
de 50kOhms
Fig. 4 – O sinal mais escuro é a entrada, o mais claro a saída. Com o potenciômetro com set =1,
ou seja 50kOhms no pino central
Nesta úlitma configuração o ganho foi de um décimo (0,1).
1.2 CIRCUITO DE NÍVEL 0 DBU
Também foi simulado o circuito de nível 0 DBU:
Fig.5 – Diagrama do circuito de nível 0 dBU.
Para a análise deste circuito foi realizada uma varredura DC, isto é, a tensão de
entrada foi variada de 0V a 5V e foram observadas variações de algumas tensões e
correntes que ajudam entender o comportamento do circuito. Primeiro, a corrente de
saída:
Fig.6 – Corrente na saída do circuito de nível 0 dBU (nos diodos).
Com este gráfico nota-se que o LED presente na saída acende quando a tensão
de entrada é maior ou igual a aproximadamente 2,1 Volts. Para entender o porquê deste
funcionamento é interessante observar as tensões de base dos dois transistores do
circuito:
Fig.7 – Tensão na base dos transistores: tracejada corresponde a Q2 e linha contínua a Q1
Mais explicações desse comportamento poderemos ver no item 2.3.1.
2.
RELATÓRIO DA PRIMEIRA EXPERIÊNCIA
2.1 INTRODUÇÃO
Neste relatório serão apontados os resultados obtidos no experimento prático dos
circuitos: Circuito pré amplificador e Circuito de nível 0DBU. Para isso foram
utilizados um gerador de sinal e um osciloscópio para realização das medidas.
2.2 CIRCUITO PRÉ-AMPLIFICADOR
Comentários sobre o comportamento e funcionamento do circuito e
discrepâncias entre a simulação e o circuito testado.
2.2.1 Análise Teórica
Podemos fazer uma simplificação do circuito da figura 1, resultando no circuito
da figura 8. A partir da análise de malhas do circuito da figura
Fig.8 – Simplificação do circuito da figura 1 para futuras análises
A partir da análise de malhas desse circuito, obtemos as seguintes equações:
Vin-V=Rs.I1; V-V2=RA.I1; Vout-V=RF.I2; V-V2=RB.I2; V2=R2(I1+I2)
Que por sua vez resultam em:
Vout = Vin (RA RF + RA RB + RA R2+ RB R2)/( RS RB + RA RB + RA R2 + RB R2)
Sendo assim, quando SET=0, RB=0 ohms; quando SET=0,5, RB=RA; e quando
SET=1, RA=0 ohms.
2.2.2 Simulações e Resultados experimentais
2.2.2.1 Circuito Pré-Amplficador em SET=0
Nessa configuração temos:
Vout/Vin = (R2 + RF )/R2 = (30k + 3.3k)/3.3k ≈ 10.
Sendo assim, devemos encontrar uma tensão de saída sendo a tensão de entrada
multiplicada por 10 (conforme pudemos ver na fig.2). Experimentalmente, realizando
uma varredura em frequência de 1 a 100kHz, obtivemos o gráfico da fig.9.
Fig.9 – Varredura em frequência do Circuito Pré-Amplificador em SET=0.
Verificamos então que o ganho obtido foi de aproximadamente 9,5, o que chega
bem próximo do valor calculado. Essa pequena diferença pode ser explicada pelo fator
de tolerância dos componentes utilizados no circuito.
2.2.2.2 Amplficador em SET=0,5 (Buffer)
Nessa configuração temos:
Vout/Vin = (R2 + 0.25 R1 + 0.5 RF) / (R2 + 0.25 R1 + 0.5 Rs).
Como RF = Rs, temos que Vout = Vin
Sendo assim, devemos encontrar uma tensão de saída sendo igual a tensão de
entrada (conforme pudemos ver na fig.3). Experimentalmente, realizando uma varredura
em frequência de 1 a 100kHz, obtivemos o gráfico da fig.10.
Fig.10 – Varredura em frequência do Circuito Pré-Amplificador em SET=0,5.
Observa-se que o ganho obtido experimentalmente é de pouco mais de 0,9,
muito próximo do valor calculado de 1. A pequena discrepância também pode ser
explicada pelo fator de tolerância dos componentes utilizados no circuito.
2.2.2.3 Amplficador em SET=1 (Atenuador)
Nessa configuração temos:
Vout/Vin = R2/(R2 + Rs) = 3.3k/(3.3k + 30k) ≈ 0.1
Sendo assim, devemos encontrar uma tensão de saída sendo a tensão de entrada
multiplicada por 0,1 (conforme pudemos ver na fig.4). Experimentalmente, realizando
uma varredura em frequência de 1 a 100kHz, obtivemos o gráfico da fig.11.
Fig.11 – Varredura em frequência do Circuito Pré-Amplificador em SET=1.
Verificamos então que o ganho obtido foi de pouco menos de 0,11, o que chega
bem próximo do valor calculado de 0,1. Essa pequena diferença pode ser explicada pelo
fator de tolerância dos componentes utilizados no circuito.
2.3 CIRCUITO DE NÍVEL 0 DBU
A relação dada por dBU é descrita por dBU=20Log(V/775mV), sendo que dBU
é uma relação entre duas tensões. O circuito dBU que utilizaremos neste experimento
pode ser visto na fig.5.
2.3.1 Análise Teórica
Pelas figura 6 e 7 pode-se entender o funcionamento do circuito: O LED só
acende quando o transistor Q2 está em corte, visto que quando na região ativa, ele se
apresenta à corrente da fonte DC como um caminho de menor resistência. Q2 só estará
ativo quando Q1 não estiver, pois assim o capactior Ce “segura” uma tensão na base de
Q2 suficiente para ativá-lo, Caso contrário, Q1 ativo é um caminho de menor resitência
do que o capacitor, evitando a carga do mesmo e mantendo Q2 em corte. Q1, por sua
vez é controlado pela tensão de entrada: se ela for suficiente para que a tensão Vi nos
resistores R2 e RS2, e consequentemente no base de Q1, seja maior ou igual a 700mV,
Q1 estará na região ativa. Caso contrário, ele fica em corte.
Sabendo que Vi = Ve. (18//24) /[ 24 + (18//24)] =>
Vi=Ve . 0,3 (divisor de tensão)
e que para saturar Q1 precisa-se de Vi= 0,7 , podemos encontrar que o valor de Ve
necessário para a saturação de Q1 e assim acender o LED é de 2,1 V. Isto explica o
funcionamento do circuito verificado na simulação.
2.3.2 Simulações e Resultados experimentais
Nas figuras 6 e 7, através da simulação já pudemos observar o comportamento
da circuito. Analisando a tensão na base do transistor Q2, obtemos o gráfico da fig.12.
Fig.12 –Tensão na base do transistor Q2 em relação a tensão de entrada. (Circuito de nível 0dBU)
Como podemos observar, a partir de um valor de tensão de entrada de
aproximadamente 2,5V, o transistor Q2 entra em corte, causando o acendimento do
LED. Observamos que o valor calculado era de 2,1V. Esse erro encontrado pode ser
justificado, novamente, pelo fator de tolerância dos componentes do circuito, incluindo
resistores, ao formarem o divisor de tensão que polariza Q1, diodos e transistores que
trabalham em conjunto e relacionam-se entre si, podendo uma pequena discrepância
propagar-se por todo o circuito e afetar mais o circuito quando analisado em sua
totalidade, que é o nosso caso.
Na figura 13 podemos observar que quando a tensão no ponto P1 chega em 0,7V
a tensão em P2 cai bastante, para perto de 0,7V pois Q2 fica ativo e a queda de tensão
sobre o mesmo fica estabilizada na barreira de potencial do transistor.
Fig.13 –Tensão no ponto P1 em amarelo e no ponto P2 em verde. (Circuito de nível 0dBU)
Fig.14 –Tensão no ponto P1 em verde e Tensão no ponto P3 em amarelo. (Circuito de nível
0dBU)
Uma baixa tensão de coletor em P.3 leva ao corte do transistor Q2 (ponto P.2), o que
permite a passagem de corrente pelo LED. Dessa maneira, podemos perceber que o
LED acende nos momentos indicados pela baixa tensão de P.2.
2.4 CONCLUSÕES
Com esse experimento avaliamos dois componentes do circuito separadamente,
o pré-amplificador e o detector de nível.
Nossos resultados foram muito satisfatórios com o pré-amplificador, pois as
diferenças entre os valores teóricos e obtidos foram muito baixas, conforme mostrado
no item 2.1 do relatório. Essas pequenas variações se devem as tolerâncias dos
componentes utilizados no circuito.
Quanto ao detector de nível, correu tudo conforme o esperado. Houve uma
pequena variação quanto ao valor de Ve necessário para a saturação de Q1, que também
pode ser justificada devido as diferenças intrínsecas do comportamento e especificação
ideais e práticos dos componentes do circuito. Logo com a saturação de Q1 observou-se
o acendimento do LED.