ELETRÔNICA I. Apostila de Laboratório. Prof. Francisco Rubens M. Ribeiro

Transcrição

1 ELETRÔNICA I Apostila de Laboratório Prof. Francisco Rubens M. Ribeiro L E E UERJ 1996

2 Prática 01 - Diodo de Silício 1 - Objetivo: Levantamento da característica estática VxI do diodo de Si, com o auxílio do osciloscópio na configuração XY - plotador. Medida de parâmetros - tensão de joelho e resistência dinâmica. Aplicações: retificador e limitador simétrico. 2 - Procedimento: Montar o circuito da figura 1 - alimentação 12 V RMS / 60Hz (medir previamente) Conectar o osciloscópio na configuração XY, conforme indicado no circuito: Canal 1 - eixo X - tensão no diodo. Canal 2 - eixo Y - corrente no diodo (invertido) Selecionar as escalas de modo a medir com precisão a tensão de joelho V D e a resistência dinâmica R D Desenhe, em papel milimetrado, as curvas obtidas para 3 valores de R (4K7Ω, lkω e 100Ω), altere as escalas, se necessário, e superponha as figuras para facilitar a comparação No desenho, determine os valores de V D e R D - faça uma tabela Na configuração normal do osciloscópio, observar e anotar as formas de onda de tensão e corrente no diodo Com auxílio da chave seletora CC / CA, medir o valor médio da tensão e da corrente. Comparar com os valores obtidos com o voltímetro digital Montar o circuito da figura Repita o item Desenhe, em papel milimetrado, a curva obtida para R = 100Ω Repita o item Conclusões e Comentários: Relacione o material utilizado Compare os resultados obtidos com os previstos na teoria e comente as discrepâncias. Não use frases vazias, poderão ter pontuação negativa Explique o funcionamento do circuito da figura 2 ou cite pelo menos uma aplicação. UERJ - LEE - Eletrônica I Apostila de Laboratório. Pag. 1

3 4 Circuitos: E = 120V V 1 = 12V (nominal) D 1,2 = 1N4002 R = 4K7Ω, lkω e 100Ω UERJ - LEE - Eletrônica I Apostila de Laboratório. Pag. 2

4 Prática 02/03 - Circuito Retificador 1 - Objetivo: Avaliação do comportamento de retificadores monofásicos nas 3 versões: meia onda, onda completa ou bifásico e ponte. Tensão de pico inverso. 2 - Procedimento: Monte o circuito da figura 1. Planeje a montagem do circuito mais complexo (fig. 3 ). Assim, haverá uma reserva de espaço na placa para que os componentes possam ser acrescentados sem alterar o que já foi montado Meça as seguintes grandezas, arrumando-as em tabela: Tensão de entrada no retificador (eficaz); Tensão de pico inverso no diodo; Tensão e corrente de pico na saída; Tensão e corrente médias na saída. Obs.: indique o instrumento usado em cada medida Anote as formas de onda de tensão no diodo e na saída Monte a seguir, em sequência, os circuitos das figuras 2 e 3, repetindo para cada um os itens 2.2 e Conclusões e Comentários: Relacione o material utilizado Apresente os dados em tabela, de modo a se obter uma leitura fácil do conjunto. As formas de onda devem ser desenhadas em escala Calcule o valor eficaz da tensão de saída e o fator de ondulação de cada circuito Relacione a tensão de pico inverso com a tensão de entrada. UERJ - LEE - Eletrônica I Apostila de Laboratório. Pag. 3

5 4 - Circuitos: E = 120V V 1 = 12V (nominal) D 1,2,3,4 = 1N4002 R = 470Ω UERJ - LEE - Eletrônica I Apostila de Laboratório. Pag. 4

6 Prática 04 - Circuito Retificador com Filtro C 1 - Objetivo: Avaliação do comportamento de circuitos retificadores monofásicos com filtro C. Curvas de regulação e de fator de ondulação (fator de ripple). Relações entre pico de corrente nos diodos, valor do capacitor e fator de ondulação. Resistência interna equivalente. 2 - Procedimento: Monte o circuito da figura 1, com C = 220µF / 25V Obs: o resistor Rs, de valor muito baixo, é usado para observar a corrente nos diodos Varie R na faixa 5KΩ - 50Ω e anote, em forma de tabela, os valores das grandezas abaixo relacionadas: Vs - tensão CC na saída (voltímetro digital). Vr - tensão de ondulação na saída, tensão de ripple, pico a pico (osciloscópio canal 1). Id - corrente no diodo - pico (osciloscópio - canal 2 - invertido). Tc - duração do pulso de corrente (osciloscópio - canal 2 - invertido). Obs.: anote as escalas usadas para cada parâmetro Anote as formas de onda de tensão (Vs e Vr) e corrente (Id). Lembre-se que elas ocorrem simultaneamente, desenhe-as corretamente. 2.4 Repita os itens 2.2 e 2.3 com C = 1000µF /25V 3 - Conclusões e Comentários: Relacione o material utilizado Valores RMS só poderão ser medidos diretamente se a forma de onda for senoidal pura. Para qualquer outra será necessário calculá-lo a partir da forma de onda observada no osciloscópio, sendo válido, para facilitar o cálculo, aproximações com formas de onda simples, tais como triângulo, trecho de senóide, retângulo, exponencial, etc. Indique sempre o método ou instrumento usado na medida Com os dados obtidos, calcule: Valor eficaz da tensão de ripple Vr(rms) Fator de ondulação ou fator de ripple f.r. = Vr(rms) / Vs. Corrente contínua na carga Is = Vs/R Arrume os dados em tabela - Vs, Is, Vr, Vr(rms), f.r., Id e Tc para cada valor de capacitor: 220µF e 1000µF Desenhe os gráficos - curva de regulação Vs x Is e fator de ripple f.r. x Is. Superponha as curvas para facilitar a interpretação Desenhe as formas de onda de tensão de ripple e corrente no diodo para 2 valores distantes da corrente de saída Is, respectivamente com C = 220µF e C = 1000µF. Quais as consequências de se usar capacitor de filtro com valor excessivamente elevado? UERJ - LEE - Eletrônica I Apostila de Laboratório. Pag. 5

7 3.7 - A partir das curvas de regulação, calcule a resistência interna do circuito. A resistência interna pode ser calculada pela relação Vs / Is Teoricamente, o fator de ripple deve variar inversamente com o valor do capacitor. Verifique e justifique os resultados obtidos. 4 Circuito: E = 120V V 1 = 12V (nominal) D 1,2 = 1N4002 Rs < 5Ω R = 3KΩ a 50Ω C = 220µF /25V, 1000µF /25V UERJ - LEE - Eletrônica I Apostila de Laboratório. Pag. 6

8 Prática 05 - Circuito Retificador com Filtro LC 1 - Objetivo: Avaliação do comportamento de circuitos retificadores monofásicos com filtro LC. Curvas de regulação e de fator de ondulação (fator de ripple). 2 - Procedimento: Monte o circuito da figura 1. Obs: o resistor Rs, de valor muito baixo, é usado para observar a corrente nos diodos e no indutor Varie R na faixa 5KΩ - 50Ω e anote, em forma de tabela, os valores das grandezas abaixo relacionadas. Vs - tensão CC na saída (voltímetro digital). Vr - tensão de ondulação na saída, tensão de ripple, pico a pico (osciloscópio - canal 1 ). I L - corrente no indutor - (osciloscópio - canal 2 - invertido). Obs: anote as escalas usadas para cada parâmetro Anote as formas de onda de tensão (Vs e Vr) e corrente (I L ). Lembre-se que elas ocorrem simultaneamente. 3 - Conclusões e Comentários: Relacione o material utilizado Com os dados obtidos, calcule: Valor eficaz da tensão de ripple Vr(rms) Fator de ondulação ou fator de ripple f.r. = Vr(rms) / Vs (expresse em %). Corrente contínua na carga Is = Vs / R ou valor médio de I L Arrume os dados em tabela: Vs, Is, Vr, Vr(rms), f.r Desenhe os gráficos: curva de regulação Vs x Is e fator de ripple f.r. x Is. Superponha as curvas para facilitar a interpretação. Compare com o circuito anterior (filtro C) Desenhe as formas de onda de tensão de ripple e corrente no diodo para dois valores distantes da corrente de saída Is. Compare com o circuito anterior (filtro C) A partir das curvas de regulação, calcule a resistência interna do circuito Compare e comente os resultados obtidos com os 2 circuitos: filtro C e LC. UERJ - LEE - Eletrônica I Apostila de Laboratório. Pag. 7

9 4 Circuito: E = 120V V 1 = 12V (nominal) D 1,2 = 1N4002 Rs < 5Ω R = 5KΩ a 50Ω C = 220µF /25V H = 500mH (aprox.) 250 espiras Obs: o indutor deve ser montado sem entre-ferro. UERJ - LEE - Eletrônica I Apostila de Laboratório. Pag. 8

10 Prática 06 - Curvas Características de Transistor 1 - Objetivo: Traçado da curva característica e determinação de alguns parâmetros de transistores de junção (BJT). Observar a variação dos valores dos parâmetros entre componentes semelhantes e a influência da temperatura. 2 Preparatório: Do manual, obtenha a curva V CE x Ic com I B constante e os valores típicos e limites de V BE, V CE(sat) e b. 3 - Procedimento: Separe os 3 transistores fornecidos, cuidando para que eles sejam facilmente reconhecidos caso tenha que refazer alguma medida Monte o circuito com o primeiro transistor e ajuste as escalas dos eixos X e Y para que a curva com I B (max) ocupe toda a tela. Atenção: a corrente Ic deve ser calculada a partir da ddp medida no resistor de emissor anote o valor das escalas Varie a corrente de base - entre 10 e 100 µa - e desenhe em papel milimetrado as curvas correspondentes (3 a 5 curvas) Repita o item anterior com os demais transistores. Com apenas um dos transistores: Amplifique a figura no sentido X para observar com mais exatidão a região de saturação e medir V CE(sat) x Ic Com I B = 0, base aberta: medir I CO (ampliar eixo Y) Aqueça o transistor com os dedos e verifique se ocorre alguma variação sensível em alguns parâmetros. Como a variação de temperatura será inferior a 20 C, escolha o parâmetro mais sensível para observar. 4 - Conclusões e Comentários: UERJ - LEE - Eletrônica I Apostila de Laboratório. Pag. 9

11 5 - Circuito: Rl = caixa de resistores 100KΩ a 1MΩ R2 = 100KΩ R3 = 100Ω R4 = 470Ω R5 = 10Ω R6 = 470Ω D = 1N4002 T = BC547 V 1 = 12Vca - 60Hz V2 = 12 Vcc UERJ - LEE - Eletrônica I Apostila de Laboratório. Pag. 10

12 Prática 07/08 - Polarização de Transistor 1 - Objetivo: Comparar a estabilidade do ponto de operação de transistores de junção (BJT) utilizando diferentes tipos de circuitos de polarização de base, com relação a variação de alguns parâmetros, tais como V BE e b. 2 Preparatório: Com os valores típicos obtidos em manual, calcule o ponto de operação de cada circuito. Parâmetros importantes: I B, I C e V CE. Inicialmente, faça uma estimativa do ponto de operação e depois consulte o manual. Desta maneira será possível determinar os valores de b e V BE com erro reduzido. Arrume os valores em tabela de modo a facilitar a comparação com os resultados a serem obtidos no laboratório. Especifique o valor de b usado nos cálculos. 3 - Procedimento: Separe os 3 transistores fornecidos, cuidando para que eles sejam usados sempre na mesma sequência, em cada um dos 3 circuitos a serem montados Monte o circuito A com o primeiro transistor e meça o ponto de operação. Atenção: as correntes devem ser calculadas a partir da ddp medida em resistores Repita o item anterior com os demais transistores Repita os itens 3.2 e 3.3 respectivamente com os circuitos B e C. Preste atenção para usar os transistores sempre na mesma sequência. 4 - Conclusões e Comentários: Com os dados obtidos, calcule os valores efetivos de V BE e b de cada transistor em cada um dos circuitos. Compare-os com os valores usados no cálculo teórico. Observe a dependência do ponto de operação com os parâmetros do transistor. UERJ - LEE - Eletrônica I Apostila de Laboratório. Pag. 11

13 5 Circuitos: A B C Circuito A - polarização simples. Circuito B - polarização com realimentação de emissor. Circuito C - polarização com realimentação de coletor. UERJ - LEE - Eletrônica I Apostila de Laboratório. Pag. 12

14 Prática 09 - Polarização de Transistor J-FET UERJ - LEE - Eletrônica I Apostila de Laboratório. Pag. 13

15 Prática 10 - Polarização de Transistor 1 - Objetivo: Observar a estabilidade do ponto de operação de transistores de junção (BJT), polarizado com resistor de emissor e divisor de tensão na base, com relação a variação de alguns parâmetros, tais como V BE e b. Comparar com os circuitos estudados na aula anterior. 2 - Preparatório: Com os valores típicos obtidos em manual, calcule o ponto de operação: I C - V CE. Inicialmente, faça uma estimativa do ponto de operação e depois consulte o manual. Desta maneira será possível determinar os valores de V BE e b com erro reduzido. Arrume os valores em tabela de modo a facilitar a comparação com os resultados a serem obtidos no laboratório. Especifique o valor de b usado nos cálculos. 3 - Procedimento: Separe os 3 transistores fornecidos, cuidando para que eles sejam facilmente identificados caso tenha que repetir alguma medida Monte o circuito e meça o ponto de operação com cada um dos 3 transistores. Use R1 = 10KΩ e R2 = 1K2Ω Repita o item anterior com R1 = 470KΩ e R2 = 56KΩ Atenção: As correntes devem ser calculadas a partir da ddp medida em resistores. 4 - Conclusões e Comentários: Com os dados obtidos, calcule os valores efetivos de V BE e b de cada transistor em cada um dos circuitos. Obs: considerando que os resistores são de 5% e b >> 100, verifique a viabilidade de se calcular o valor de b a partir da medida do ponto de operação. Compare com os resultados obtidos na aula anterior. Qual a razão do ponto de operação variar mais com a troca de transistor, quando se usa valores mais elevados de Rl e R2. Atenção: faça comentários pertinentes. UERJ - LEE - Eletrônica I Apostila de Laboratório. Pag. 14

16 5 Circuito: Rl = 10KΩ, 470KΩ R2 = 1K2Ω, 56KΩ UERJ - LEE - Eletrônica I Apostila de Laboratório. Pag. 15

17 Prática 11 - Amplificador Emissor Comum 1 - Objetivo: Verificar as interações entre ponto de operação, reta de carga dinâmica e excursão de sinal num amplificador a transistor na configuração emissor comum. Influência do capacitor de emissor no ganho de tensão e na reta de carga. 2 - Preparatório: Com os valores típicos obtidos em manual, calcule o ponto de operação: I C - V CE Com C e = 470µF, calcule o ganho de tensão V 2 / V 1, com um sinal de frequência lkhz Calcule a amplitude máxima do sinal no coletor Qual o efeito da remoção do capacitor de emissor? 3 - Procedimento: 3.1- Monte o circuito ( com C e = 470µF ), e meça o ponto de operação Aplique na entrada um sinal senoidal de frequência 1KHz, com amplitude tal que a tensão no coletor permaneça senoidal. Anote as amplitudes dos sinais na entrada e na saída e calcule o ganho de tensão. Observe e meça a defasagem entre os dois sinais Aumente gradativamente a amplitude da entrada até que o sinal no coletor comece a apresentar distorção. Anote a amplitude do sinal na entrada Identifique esta distorção (corte ou saturação) e aumente o sinal até que ela ocorra também no lado oposto da senoide. Anote as respectivas amplitudes do sinal na entrada Continue aumentando o sinal até que a distorção fique simétrica. Anote a amplitude do sinal na entrada Retire o capacitor de emissor e repita os itens 3.2 a Conclusões e Comentários: Compare os dados obtidos com os valores calculados teoricamente Desenhe as retas de carga, estática e dinâmica, e compare a amplitude máxima do sinal de saída obtida graficamente com a determinada experimentalmente Que alterações podem ser feitas na polarização para que as distorções por corte e saturação ocorram simultaneamente ( com C e = 470µF ). UERJ - LEE - Eletrônica I Apostila de Laboratório. Pag. 16

18 5 - Circuito: UERJ - LEE - Eletrônica I Apostila de Laboratório. Pag. 17