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LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA BÁSICA I – EE531
PRIMEIRA EXPERIÊNCIA
ALUNOS:
Marcos Augusto Porto de Andrade
Bruno Eduardo Medina
Douglas Torres Longhi
1.
RA 094146
RA 090548
RA 093662
Turma W
Turma W
Turma W
RESULTADOS DO EXERCÍCIO PREPARATÓRIO DA PRIMEIRA
EXPERIÊNCIA
1.1 CIRCUITO PRÉ-AMPLIFICADOR
O Circuito Pré-Amplificador (figura 1) recebe um sinal de entrada Vin e o
amplifica, fornecendo uma tensão de saída Vout. Dependendo da posição do
potenciômetro (POT), a valor da resistência Re1 varia, alterando o valor da tensão de
saída.
Fig.1 – Diagrama do circuito pré-amplificador.
Figura 2: SET = 0
Figura 3: SET = 0,5
Figura 4: SET = 1
Ao analisarmos as figuras 2, 3 e 4 percebemos que ao variarmos o
potenciometro também variamos o ganho do circuito pré-amplificador, no caso a
medida que aumentamos o POT diminuimos o ganho. Além disso também podemos
perceber um certo aumento na largura de banda à medida que aumentamos o POT.
1.2 CIRCUITO DE NÍVEL 0 DBU
O dBU é a relação entre duas grandezas de tensão, e é bastante utilizada
em sistemas de áudio. A relação expressa por dBU é dada por:
dBU=20Log(V/775mV). Na figura 5 temos um circuito 0 dBU, no qual
contém um LED que acenderá quando for atingido uma tensão de 775mV,
correspondente a 0 dBU, entre seus terminais.
Fig.5 – Diagrama do circuito de nível 0 dBU.
Figura 6: Análise Transiente
Figura 7: Análise DC Sweep
As tensões nos transistores Q1 e Q2 se mantém constantes até Ve atingir
aproximadamente 2V. Q1 sofre um ganho negativo se estabilizando próximo a zero e
Q2 um positivo, se estabilizando próximo a 3V. Já a corrente nos diodos é constante e
igual a zero, mostrando assim que eles estão alimentamos inversamente. A tensão em Vi
aumenta de forma constante até atingir seu máximo de ≈0.6V, justamente quando Ve
atinge 2V
2.
RELATÓRIO DA PRIMEIRA EXPERIÊNCIA
2.1 INTRODUÇÃO
Este relatório, referente ao primeiro experimento, tem por objetivo realizar
estudos sobre dois componentes básicos de circuitos eletrônicos, sendo eles transistores
e amplificadores operacionais. Esses componentes foram utilizados em circuitos
distintos, sendo eles um circuito pré-amplificador, utilizado para adicionar um ganho
variável num sinal de tensão de entrada, e um circuito de nível 0 DBU, utilizado para
estudar o comportamento de uma associação de transistores em relação ao acendimento
ou não de um LED na placa.
2.2 CIRCUITO PRÉ-AMPLIFICADOR
O objetivo do circuito pré-amplificador consiste em receber um sinal de tensão
na entrada, e fornecer um sinal de tensão de saída (Vout). O potenciômetro que foi
utilizado no experimento tem o objetivo de alterar o ganho (amplificação), por meio da
variação da resistência representada por Re1 na Fig. 1.
A análise foi feita em três posições definidas do potenciômetro: 0 (max.), 0,5 e 1
(min.), com varredura em frequência para obtenção dos gráficos dos seus ganhos.
Vale informar que ao dizer que a posição do potenciômetro é 0, significa que se
trata da posição S = 1.
O circuito testado apresentou comportamento muito semelhante ao que foi
simulado antes da realização do experimento, o que significa que, apesar de problemas
de ruídos na medição, o modelo estudado tem grande validade e aplicabilidade no
estudo de amplificadores operacionais.
2.2.1 Análise Teórica
Fig.8 – Simplificação do circuito pré-amplificador
Baseado na simplificação acima (mostrada em aula) do circuito préamplificador, desenvolve-se uma análise analítica do ganho.
De acordo com a posição do potenciômetro, o valor do ganho muda, como pode
ser verificado analiticamente abaixo.
O valor da resistência é, inicialmente, dividido em duas partes, sendo elas Rx e
R(1-x), onde x é o deslocamento do potenciômetro (podendo variar de 0, que caracteriza
o maior ganho, até 1, que caracteriza o menor ganho).
Assim sendo, colocando Vout e Vin em função dos demais componentes do
circuito, e depois dividindo o primeiro pelo segundo, temos a seguinte equação para o
ganho:
A = {[x*(1-x)*R1] + [(1-x)*Rf] + [R2]} / {[x*(1-x)*R1] + [x*Rs] + [R2]}
Para cada valor utilizado do potenciômetro, podemos calcular o valor teórico do
ganho. Assim, temos 3 casos:
I – x = 0 (ganho máximo)
A = (Rf + R2) / R2 = (30k + 3.3k) / 3.3k ≈ 10
II – x = 0,5 (ganho unitário)
A = [(0,25*R1)+(0,5*Rf)+R2] / [(0,25*R1)+(0,5*Rs)+R2] = 1,
pois Rf = Rs.
III – x = 1 (ganho mínimo)
A = R2 / (R2 + Rs) = 3,3k / (3,3k + 30k) ≈ 0,1
2.2.2 Simulações e Resultados experimentais
Para as três posições do potenciômetro foram realizadas varreduras, as quais
originaram os gráficos abaixo mostrados.

x=0
Fig. 9 – Varredura em frequência para SET = 1

x = 0,5
Fig.10 – Varredura em frequência para SET = 0,5
 x=1
Fig.11 – Varredura em frequência para SET = 0
Para todos os gráficos acima mostrados, percebemos que os valores nos quais os
ganhos se estabilizam condizem com os valores calculados teoricamente, a menos de
uma pequena variação. O gráfico mais correto é o da posição x = 0,5, para o ganho
unitário. Um circuito nessa configuração é também conhecido como buffer.
Os valores não coincidiram com o esperado teoricamente, provavelmente por
causa da interferência de ruídos na operação do circuito e na medição das grandezas
desejadas. Mesmo assim, percebe-se que o modelo utilizado é bastante válido.
No gráfico do ganho do pré-amplificador na posição de potênciometro 0 os
primeiros pontos estão muito fora do esperado, mas o resto do gráfico se comporta mais
próximo dos valores calculados, essa diferença no comportamento inicial pode ter
ocorrido devido a um erro nas medição.
Nos gráficos do ganho do pré-amplificador nas posições de potênciometro 0,5 e
1 percebemos que eles foram muito parecidos com os simulados no pré-relatório, ambos
possuem uma região onde o ganho é maior, situada entre as frequências 10Hz e 400kHz.
Além disso a amplitude tanto na configuração 0,5 quanto na 1 ficaram bem próxima do
simulado, chegando a 1V na 0,5 e aproximadamente 10 V na 1.
2.3 CIRCUITO DE NÍVEL 0 DBU
Conforme vimos na simulação do PSpice, é esperado que o circuito, à medida
que Ve varie positivamente, Vi aumente na mesma proporção, atingindo um patamar
estável de aproximadamente 0,6V quando Ve atingir 2V. Essa relação é clara quando
observamos as formas de onda simulada na DC “sweep”, que varre o circuito com
tensões variáveis de Ve e mostra as tensões no circuito, inclusive nos transistores Q1 e
Q2.
2.3.1 Análise Teórica
O comportamento do circuito tem sua origem a partir da mudança de tensão de
Ve. Esse fenômeno vem, em primeira instância, a partir de um sinal de áudio,
naturalmente oscilatório (variações em freqüência, amplitudes etc.). Por conseguinte,
esse sinal é passado por um amplificador, representado pela figura 1 neste relatório.
Uma vez esse sinal na entrada do circuito, a depender do valor de tensão
alcançado, ele age de forma a interferir na condução. Observando o circuito da figura 5,
nosso objeto de estudo nesse item, vemos que à medida que a tensão Ve aumenta, essa
gera uma corrente na base do transistor Q1, que passa a conduzir (entre coletor e fonte).
Observando a simulação DC “sweep” obtida no pré-relatório, é justamente isso que
concluímos analisando as formas de onda: a tensão Q1 diminui até próximo de zero
(quando Ve = 2V) e passa a ser um curto, conduzindo corrente por aquele ramo.
Como conseqüência posterior, justamente por Q1 representar agora um curto, a
corrente passa preferencialmente por esse ramo do circuito, e não há então presença de
corrente na base de Q2. Este não conduz, representando um circuito-aberto naquele
ramo. Em função disso e com os parâmetros ajustados corretamente (que não foi o caso
da simulação), perceberíamos corrente fluindo nos diodos.
Pela análise contrária, se Ve não for suficientemente grande quando variar, a
tensão em Q1 e Q2 permanece constante num nível DC acima de 0V (não conduzindo).
2.3.2 Simulações e Resultados experimentais
Figura 12: Linha amarela P1 e verde P3
Figura 13: Linha Amarela P1 e verde P2
Na Imagem 13 percebemos que quando a tensão em P1 começa a diminuir, a
tensão em P2 começa a aumentar, mostrando que o transistor Q2 começa a deixar de
conduzir, e só volta a conduzir quando a tensão em P1 atinge ao máximo.
Enquanto a tensão em P2 aumenta a tensão em P3 se mantém
constante(mantendo o LED aceso) até que P1 atinja o ponto de tensão mais baixo, neste
ponto o transistor Q2 para de conduzir, o transistor Q1 começa a conduzir fazendo com
que a tensão em P3 caia e faz com que o LED se apague.
2.4 CONCLUSÕES
Neste experimento aprendemos o funcionamento do circuito pré-amplificador e
o detector de nível.Concluímos que o circuito pré-amplificador apresenta um ganho
pequeno de tensão (ganho inicial) e filtra freqüências conforme visto nas figuras. O
circuito detector de nível identifica certo nível de tensão alertando através de um LED
que ascendia e apagava de acordo com as tensões aplicadas.
3.
NOTIFICAÇÃO DE PROBLEMAS COM O KIT UTILIZADO
Não houveram problemas no kit utilizado