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EE531
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Laboratório de Eletrônica Básica I
Experiência 1: Pré-Relatório
Allan Gesner
André Priolli de Araujo
Rodrigo Hernandes

RA083186
RA090393
RA092906
Circuito 1: Pré-Amplificador
O circuito dado (figura 1 abaixo) mostra o amplificador operacional, com realimentação da
saída na porta de entrada negativa, e com diversas resistências e capacitores acoplados. Como
fonte de tensão e utilizado um sinal senoidal de amplitude 1 V, sem componente DC.
Figura 1: Circuito Pré-Amplificador.
1.1 – Comportamento DC
Analisamos o circuito calculando seus pontos de polarização, indicados na figura 2 a seguir.
Nela podemos perceber que devido a existência de apenas uma fonte AC, os pontos do circuito
estão polarizados em zero ou valores muito pequenos (da ordem de +-10mV). Para a analise DC a
situação de SET praticamente não muda nenhum dos valores da polarização.
Figura 2: Circuito Pré-Amplificador, com polarização detalhada.
1.2 – Comportamento AC
Fizemos a analise AC para as tres situações de SET e obtivemos os gráficos 3, 4 e 5, em que
as voltagens da saída do amplificador (Vout) e voltagem de entrada após o capacitor Ce (Vce) são
calculadas em função da frequência da voltagem de entrada Ve. As frequências de corte das curvas
estão assinaladas nas figuras.

SET = 1:
Figura 3: Análise AC Sweep do circuito Pré-Amplificador, com SET=1.
Para frequências muito baixas a tensão tanto em Vout quanto em Vce tende a zero. Vce
tem apenas uma frequência de corte inferior, por volta de 340 mHz, mas mesmo após isso não
passa de 1V. Vout por outro lado tem tanto frequência de corte inferior (1,12 Hz) quanto superior
(49,32 kHz), chegando a mais de 10 V.

SET = 0,5:
Figura 4: Análise AC Sweep do circuito Pré-Amplificador, com SET=0,5.
As curvas de Vce e Vout acompanham uma a outra ate atingirem o pico de 1 V. Depois,
Vout cai, tendo uma frequência de corte superior de 0,23 MHz, enquanto Vce se mantem
constante.

SET = 0:
Figura 5: Análise AC Sweep do circuito Pré-Amplificador, com SET=0.
Nessa configuração Vout praticamente não cresce durante a faixa analisada mantendo-se
em 0,1 V ou menos. Vce praticamente repete o comportamento da configuração anterior, com
uma frequência de corte inferior ligeiramente mais alta.
Podemos observar que Vout, em todas as configurações de SET, possui tensões de corte
tanto superiores quanto inferiores, sendo este, portanto, um circuito passa – banda. As diferenças
de amplitude de saída e frequência entre as diferentes configurações se deve ao fato que cada
uma leva a uma entrada diferente nas portas do amplificador uA741.

Circuito 2: Detector de Nível
O circuito dado, na figura 6 abaixo, e composto por dois transistores bipolares de junção
(atuam como inversores lógicos), diversas resistências, um capacitor, três diodos em serie (para
indicar um LED), uma fonte DC de 15 V e uma fonte AC de 1mV, Ve.
Figura 6: Circuito Detector de Nivel.
2.1 – Comportamento DC
Analisamos o circuito calculando seus pontos de polarização, indicados na figura 7 a seguir.
Com apenas a fonte VCC “ativa” há uma polarização de 1 V entre RC (pino 1) e RL e 0,7 V entre RC
(pino 2) e terra, com aproximadamente 0V nos demais pontos. Isso nos indica que, como
inversores lógicos, Q2 estará em corte e Q1 estará saturado. A presença de 3 diodos em serie inibe
totalmente a corrente, devido ao fato de os diodos não serem ideais, havendo portanto uma
tensão de corte de aprox. 0,5 V - passaria corrente caso a tensão entre RC e RL fosse maior que
0,5 x 3 = 1,5 V, ou se fosse apenas 1 diodo.
Figura 7: Circuito Detector de Nível, com polarização detalhada.
2.2 – Análise “Sweep” DC
A fonte Ve, apesar de ser senoidal, para nossa análise foi aumentada linearmente de 0V a
5V, para que pudéssemos analisar o comportamento do restante do circuito em função dela.
Abaixo, podemos ver como variam Vi (entrada do transistor Q1), VQ1c (coletor de Q1 e entrada de
Q2) e VQ2c (coletor de Q2 e tensão total em cima dos diodos em serie).
Figura 8: Análise DC Sweep das tensões do circuito Detector de Nível.
Podemos observar que Vi cresce linearmente, estabilizando em aprox. 0,62 V, no momento
em que Q1 inverte seu estado de saída. Como previsto, Q1 começa saturado em 0,70 V, entra em
atividade quando Ve = 2,00 V → Vi = 0,59 V, e é cortado quando Ve = 2,20 V → Vi = 0,62 V.
Com VQ2 acontece exatamente o contrario, devido ao fato de sua entrada ser a saída de
Q1: a saída de Q2 começa polarizada em 1,10 V (como indicado na analise DC), começa a
aumentar quando Ve = 1,80 V, e entra em saturação a VQ2 = 2,85 V, quando Ve = 2,20 V.
Analisamos também o comportamento da corrente nos diodos: no mesmo intervalo que os
transistores invertem seus estados, os diodos começam a conduzir corrente, estabilizando em
7,7mA no momento em que a saída de Q2 também se estabiliza. Isso nos mostra que, para
polarizar diretamente os diodos em série, foi necessária uma tensão de 1,89V.
Figura 9: Análise DC Sweep da corrente nos diodos do circuito Detector de Nível.
LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA BÁSICA I – EE531
PRIMEIRA EXPERIÊNCIA
Allan Gesner
André Priolli de Araujo
Rodrigo Hernandes
RA083186
RA090393
RA092906
1. Relatório da Primeira Experiência
1.1
Introdução
Nesse experimento tivemos como objetivo a análise e medição de dados de circuitos que
contenham amplificadores operacionais e transistores. Utilizamos um circuito pré-amplificador e
um circuito de nível 0dBu para analisar cada um desses dispositivos. Pudemos analisar o
emprego de amplificadores operacionais no circuito pré-amplificador nos seguintes modos:
amplificador, buffer e atenuado, utilizando para isso um potenciômetro para selecionar cada um
dos modos. Para cada um dos três modo de operação medimos o ganho de tensão dado ao
circuito. No circuito de nível, analisamos o funcinomanento dos transistores utilizados para
permitir ou impedir a passagem de corrente em LED, podendo assim acendê-lo.
1.2
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 R1 indicada varia, alterando o valor da tensão de saída. Desse modo, posicionamos
o potenciômetro em 3 posições distintas: abaixo de R1 (posição 0 - Modo Amplificador), no
meio (posição 0,5 - Modo Buffer) e acima (posição 1 - Modo Atenuador), obtendo 3 valores de
amplificação.
Fig.1 – Diagrama do circuito pré-amplificador.
1.2.1 Análise Teórica
O circuito da figura 1 pode ser simplificado, como mostra a figura 2. Sabemos que não
entra corrente nos terminais do amplificador operacional (o que é indicado pelas linhas
tracejadas) e que a tensão nas entradas inversora e não inversora é a mesma (V). Além disso, os
capacitores Cs e Cf funcionam apenas como filtros de frequência, de forma que podem ser
substituídos por um curto-circuito e um circuito aberto, respectivamente, para a análise de ganho
do amplificador. Pela análise do circuito da figura Y, obtemos o seguinte sistema de equações:
Vin – V = RS I1
V – V2 = RA I1
Vout – V = RF I2
V – V2 = RB I2
V2 = R2 (I1 + I2)
Dessa forma, temos um sistema de 5 equações e 5 variáveis (Vout, V, V2, I1, I2 ).
Resolvendo-o, obtemos a seguinte expressão para a tensão de saída do amplificador:
Vout = Vin (RA RF + RA RB + RA R2+ RB R2)/( RS RB + RA RB + RA R2 + RB R2)
Fig.2 – Circuito Amplificador simplificado para análise
A posição do potenciômetro na resistência R1 pode ser observada na figura 3.
Fig.3 – Posição do Potênciometro
Observa-se que resistências RA e RB podem ser expressas como R1(1-x) e R1x,
respectivamente (0 ≤ x ≤ 1). Assim, podemos simplificar a expressão obtida para Vout em
função de x, obtendo a expressão para o ganho do amplificador:
Vout/Vin = [R2 + x (1-x) R1 + (1-x) RF] / [R2 + x (1-x) R1 + x Rs]
1.2.2 Simulações e Resultados experimentais
- Amplificador (SET = 0)
Nessa configuração, o potenciômetro está na posição x=0. Substituindo x na expressão
encontrada para ganho de tensão no amplificador, obtemos:
Vout/Vin = (R2 + RF )/R2 = (30k + 3.3k)/3.3k ≈ 10.
Dessa forma, o circuito está no modo amplificador, multiplicando a tensão de entrada por
10 na tensão de saída. Esse resultado foi confirmado através da simulação realizada, representada
na figura 4.
Fig.4 – Simulação para SET = 0
Experimentalmente, o resultado obtido está representado através do gráfico da figura 5.
Fig.5 – Resultados em SET = 0.
Podemos observar que o ganho experimental é de 8.5, abaixo do ganho de 10 esperado.
No entanto, o circuito real não apresentava as mesmas especificações do circuito usado na
simulação. Diferenças nos valores das resistências, por exemplo, podem causar essa diferença de
ganho. Além disso, as tensões de pico da entrada e da saída forem medidas no osciloscópio,
obtendo-se o mesmo ganho de 8.5, o que indica que o erro não foi ocasionado pelo software
utilizado, e sim por algum problema no próprio circuito.
- Atenuador (SET = 1)
Nessa configuração, a posição do potenciômetro é x = 1. Substituindo x na expressão
para o ganho, obtemos Vout/Vin = R2/(R2 + Rs) = 3.3k/(3.3k + 30k) ≈ 0.1. Ou seja, a tensão de
saída é um décimo da tensão de entrada. Na simulação, representada na figura 6, o valor obtido
para o ganho também é de 0.1.
Fig.6 – Simulação para SET = 1.
Experimentalmente, o ganho obtido está representado pelo gráfico da figura 7, e estabiliza
também para um valor de ganho de aproximadamente 0.1.
Fig.7 – Resultados para SET=1
- Buffer (SET = 0.5)
Nessa configuração, a posição do potenciômetro é x = 0.5. Substituindo x na expressão
para o ganho, obtemos Vout/Vin = (R2 + 0.25 R1 + 0.5 RF) / (R2 + 0.25 R1 + 0.5 Rs). Como RF =
Rs, temos que Vout = Vin, ou seja, o ganho do circuito é 1. Na simulação do circuito,
representada na figura 8, o ganho 1 pode ser constatado observando-se a sobreposição das
tensões de entrada e saída.
Fig.8 – Simulação para SET = 0.5
Experimentalmente, o ganho 1 também pode ser observado no gráfico da figura 9.
Fig.9 – Resultados para SET=0.5
2.3 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 10 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.10 – Diagrama do circuito de nível 0 dBU
2.3.1
Análise Teórica
No circuito de nível 0 dBU temos 2 transistores, que controlarão a passagem de corrente através
do circuito, uma fonte de tensão DC e uma fonte contínua de 15V. Ao ligarmos o circuito o segundo
transistor, próximo dos diodos, este será polarizado e o capacitor carregado. A partir deste instante o
primeiro transistor, mais próximo da fonte de tensão senoidal, iniciará sua polarização até que passe a
escoar a corrente do coletor para o emissor. Nesse ponto, o capacitor começará a descarregar e o segundo
transistor, que já estava polarizado, irá despolarizar até que a corrente pare de escoar entre seu coletor e
emissor, é quando a corrente passa a fluir pelo diodo, acendendo o LED.
2.3.2
Simulações e Resultados experimentais
O circuito da figura 10 foi simulado e os resultados obtidos estão representados na figura 11. No
gráfico da parte de cima da figura podemos observar que a corrente I começa a passar pela associação de
diodos quando a tensão no ponto P3 atinge aproximadamente 2.1V. Isso ocorre porque cada diodo
necessita de uma tensão entra 0.6 e 0.7V para ser polarizado, sendo que para que a corrente atravesse os 3
diodos, é necessária uma polarização de 2.1V . Na metade inferior do gráfico abaixo, temos seguintes
curvas:
○ Ve: Aumenta linearmente, pois é a tensão de entrada.
○ Vi: Aumenta linearmente até a tensão de entrada atingir aproximadamente 2V, quando
Vi tende a um valor constante próxima de 0.6.
○
○
VQ1: No inicio a tensão Vq1 é 0.7V, já que não foi atingido a tensão de saturação do
transistor. Quando a tensão em Vi passa a ser constante, a tensão em Vq1 cai, tendendo a
zero.
VQ2: Em Vq2 a tensão inicia próxima 1.1V e sobe para aproximadamente 2.8V quando
Vi passa a ser constante.
Figura 11: Varredura DC para o circuito da figura 10.
Os resultados obtidos experimentalmente através do osciloscópio estão representados nas figuras
12 a 15, com as respectivas análises.
Figura 12: Tensão da entrada (amarelo) e tensão no capacitor (verde)
Pelo gráfico da figura acima podemos notar que quando a tensão de entrada não
ultrapassa o valor de saturação do transistor, aaproximandamente 0.7V, a tensão no capacitor se
mantém contante (P2), mantém o LED desligado.
Led ligado: Abaixo temos os gráfico de análise da tensão quando o LED de saída está
ligado.
Fig.13: Tensão de entrada e tensão no capacitor
No gráfico acima temos as curvas de entrada do circuito (P1),em amarelo, e a curva de
tensão no capacitor, em verde. Pela imagem tirada do osciloscópio notamos que o capacitor é
carregado até aproximadamente 140mV, quando então começa a descarregar em função da
polaziração do transistor na entrada do circuito.
Figura 14: Tensão em P1 vs Tensão em P2
Na figura 14, a curva em amarelo representa a tensão no ponto P1 e a curva verde a
tensão no ponto P2. Pode-se notar que a tensão em P2 permanece constante perto de 0.7 V, assim
polarizando o transistor Q2, que puxa corrente pelo coletor, mantendo a tensão em P3 num valor
suficiente para ligar o LED.
Figura 15: Tensão em P1(amarelo) vs Tensão em P3(verde)
Na figura 15 são apresentadas as curvas de tensão nos pontos P1 e P3 retratadas
pelo osciloscópio. Pode-se observar que a tensão em P3 permanece constante, próxima de
2.1 V, enquanto que a tensão em P1 oscila. Isso ocorre porque a tensão no ponto P3
polariza os os diodos, que são mantidos a uma tensão de aproximadamente 2.1 V e
permitem a passagem de corrente, acendendo o LED.
Parte Extra:
O gráfico da figura 16 mostra as tensões nos pontos P1 (base do transistor Q1 Canal 1) e P3 (coletor do transistor Q2 - Canal 2) obtidas. Observa-se que quando a
tensão no ponto P1 atinge 500mV, a tensão no ponto P3 se estabiliza em 1.9 mV. Isso
ocorre porque temos uma associação de três diodos entre o ponto P3 e o a tensão de
referência (terra), sendo que cada diodo necessita de uma tensão entre 0.6 e 0.7V para
funcionar (permitir a passagem de corrente no sentido da polarização direta). O transistor
Q1, por sua vez, necessita de uma tensão entre a base e o emissor de aproximadamente
0.6V para ser polarizado. Quando isso ocorre, uma corrente de valor elevado passa a
circular do coletor para a o emissor desse transistor. Essa corrente é proveniente da fonte
de tensão Vcc = 15V. No resistor R L, temos que Vcc - VP3 = RL I. A corrente I passa a
fluir pelo resistor até que a tensão sobre ele seja suficiente para polarizar os diodos, o que
ocorre perto de 2.0 V. a partir daí, a tensão no ponto 2 se mantém constante.
Figura 16: Gráfico de Tensão em P1XP2
2.4
Conclusões
Neste primeiro experimento estudamos o funcionamento de dois componentes de nosso
circuito de amplificação: o pré-amplificador e detector de nível.
Na análise do pré-amplificador o componente se comportou como era esperado para o
SET=0.5, mantendo o sinal idêntico à entrada, e o SET=1.0, diminuindo o sinal em 10 vezes.
Porém, com o potênciometro em SET=0, que deveria representar a ampliação esperada em 10
vezes da amplitude do sinal, o ganho foi de apenas 8.5 vezes. Esse erro de 15% pode ser
explicado por problemas com a fonte de tensão, defeito nos componentes do circuito ou mesmo
erro humano. Por outro lado observamos que esse aumento se manteve constante na faixa de
frequência de áudio que vai de 20Hz à 20kHz.
O funcionamento do detector de nível correspondeu às expectativas teóricas.
Representando o processo de passagem de corrente através da polarização dos diodos,
observamos nos gráficos da simulação que enquanto a ddp entre os diodos não atingia o limite de
funcionamento (0,7V), a corrente não passava para o LED e após esse limite ser atingido para
ambos (voltagem de aprox. 2V) o LED era acendido.