Prof. Dr. Alceu Ferreira Alves

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1 UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA JÚLIO DE MESQUITA FILHO Campus Universitário de Bauru FACULDADE DE ENGENHARIA Prof. Dr. Alceu Ferreira Alves 2017

2 LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA II PROGRAMAÇÃO DE AULAS 1º SEMESTRE 2017 Horários das Aulas Turma 2318EE11 Terças-feiras 14h às 16h Lab. 33 Prof. José Ricardo Turma 2318EE12 Terças-feiras 14h às 16h Lab. 36 Prof. Alceu Turma 2318EE13 Segundas-feiras 14h às 16h Lab. 36 Prof. José Ricardo Turma 2318EE14 Terças-feiras 16h às 18h Lab. 36 Prof. Alceu sem Turma 13 Turmas 11,12,14 Atividades Programadas 01 03/04 04/04 Apresentação do Programa, Critérios de Avaliação, Informações Gerais (esta aula não será computada para efeito de avaliação) 02 10/04 18/04 Laboratório 01 Amplificador Classe A 03 17/04 25/04 Laboratório 02 Amplificador Classe B Parte I 04 24/04 02/05 Laboratório 03 Amplificador Classe B Parte II 08/05 09/05 Semana da Engenharia 08 a 12 de maio não haverá aulas 05 15/05 16/05 Laboratório 04 Amplificador Classe C 06 22/05 23/05 Laboratório 05 Efeitos de Frequência 07 29/05 30/05 Laboratório 06 Resposta em Frequência de Amplificadores 08 05/06 06/06 1ª Prova (PL1) frequência e matéria referentes às aulas ministradas nas semanas de 02 a 07 (Labs. 01 a 06) 09 12/06 13/06 Laboratório 07 Amplificador Diferencial 10 19/06 20/06 Laboratório 08 Circ. Inversor e Circ. Não-Inversor de Tensão com Amp-Op 11 26/06 27/06 Laboratório 09 Circ. Somador de Tensão e Reforçador Corrente 12 03/07 04/07 Laboratório 10 Filtros Ativos 13 10/07 11/07 Laboratório 11 Circuitos Não Lineares usando Amp-Op 14 17/07 18/07 Laboratório 12 Circuitos Comparadores 15 24/07 25/07 2ª Prova (PL2) frequência e matéria referentes às aulas ministradas nas semanas de 09 a 14 (Labs. 07 a 12) 16 Prática Substitutiva (*) data a definir com os interessados 17 3ª Prova de Laboratório (PL3) toda a matéria (*) Aula de Recuperação Lab. 33 data e horário a combinar Prova de Recuperação Lab. 33 horário a combinar (*) Aos alunos que perderam alguma prática sem justificativa. página i

3 Critério de Avaliação: 1) Não há relatórios semanais; 2) Haverá 02 (duas) provas (PL1 e PL2), práticas, individuais, obrigatórias, constando também de questões teóricas, nas datas especificadas na programação. 3) As notas das provas PL1 e PL2 serão ponderadas pela frequência do aluno nas aulas de laboratório que estão sendo avaliadas, dando origem às notas P1 e P2: P1 = a * PL1 e P2 = b * PL2, sendo a e b os pesos respectivos das notas de provas PL1 e PL2, calculados pela expressão: nº de presenças nº de aulas dadas Caso MP = (P1 + P2) / 2 seja >= 5,0, esta passa a ser a Média Final (MF) e o aluno está aprovado por nota; Caso MP < 5,0 a prova P3 é obrigatória, englobando toda a matéria lecionada no semestre, e a média final (MF) é recalculada como segue: MF = (P1 + P2 + 2*P3) / 4 Neste caso, a média final deverá ser igual ou superior a 5,0 para aprovação. 4) Controle de Frequência: haverá chamada todas as aulas. Para aprovação: frequência >= 70% Aos alunos reprovados, será oferecido um exame final (recuperação), não-obrigatório. Após realizado o exame, recalcula-se a média entre a média final do semestre e nota do exame. Para aprovação a nova média deve ser igual ou superior a 5,0 (cinco inteiros). INSTRUÇÕES GERAIS Aulas práticas com 01 ou 02 alunos por bancada; os alunos podem e devem discutir os procedimentos e resultados com os colegas e o professor, mas é preciso entender os objetivos da experiência e tirar suas conclusões individualmente; Horário de início das aulas será rigorosamente cumprido; É imprescindível o uso da apostila (edição 2017, sem resultados anotados) para realização dos experimentos, sem a qual o aluno poderá ser impedido de fazer a prática; O atraso máximo permitido aos alunos será 5 minutos; após esta tolerância, o aluno poderá entrar na sala e fazer a prática, mas ficará com registro de falta na aula, podendo substituir até uma aula sem justificativa; Ao terminar de fazer a prática e colher seus dados experimentais, o aluno poderá ir embora, após organizar todo o material utilizado; O descumprimento das Normas de Utilização será julgado pelo professor, que poderá, a seu critério, aplicar um redutor no coeficiente de presença na aula de 0 a 100% (marcar falta), o que alterará a ponderação do cálculo da média de laboratório. página ii

4 NORMAS DE UTILIZAÇÃO DO LABORATÓRIO DIDÁTICO PELOS ALUNOS DE ELETRÔNICA II 1) Cada aluno deverá informar ao professor da disciplina qual será a sua bancada de trabalho durante todo o semestre e ficará responsável pela conservação da mesma (mesa, equipamentos, bancos, etc.); 2) Ao iniciar a aula, o aluno deverá informar ao professor qualquer problema verificado com sua bancada; 3) Ao terminar a aula, o aluno deverá deixar sua bancada em perfeita ordem, observando: a) Os bancos deverão ser colocados sob as mesas; b) As mesas deverão estar limpas, sem resíduos de borrachas, restos de papel, copos descartáveis, etc.; c) Os equipamentos deverão estar desligados e em ordem para o aluno que for utilizar a bancada em seguida; 4) As placas, cabos, fios, alicates e componentes eletrônicos deverão ser colocados onde foram encontrados, e os fios usados em protoboard devem ser devolvidos em ordem; 5) Defeitos constatados em componentes, cabos ou equipamentos deverão ser comunicados ao professor para que sejam tomadas providências no sentido de se efetuar a manutenção adequada; 6) A tensões utilizadas durante as aulas são geralmente baixas, mas lembre-se que tensões acima de 50V podem matar; portanto, preste bastante atenção no circuito que está montando e só ligue após ter absoluta certeza do que está fazendo. PENSE PRIMEIRO, FAÇA DEPOIS! 7) Não é permitido aos alunos fumar, comer ou beber dentro do Laboratório Didático. página iii

5 AMPLIFICADOR CLASSE A 1.0 OBJETIVOS Após completar estas atividades de laboratório, você deverá ser capaz de: 1. Medir as tensões de polarização em um amplificador emissor-comum e comparar os valores práticos medidos com os valores teóricos esperados. 2. Observar o funcionamento do amplificador e medir a máxima tensão de saída pico-a-pico não ceifada para o ponto quiescente no meio da reta de carga CC. 3. Recalcular a polarização de modo que a compliance de saída seja máxima. 4. Observar novamente o funcionamento do amplificador e verificar o aumento da compliance quando o ponto quiescente desloca-se para o meio da reta de carga CA. 2.0 DISCUSSÃO Os amplificadores de tensão a transistor podem ser analisados sob dois diferentes enfoques: a análise CC e a análise CA; para cada um destes enfoques, é possível traçar-se uma reta de carga, que representa o funcionamento do transistor para aquele circuito específico. Nas análises realizadas até o momento, utilizava-se apenas a reta de carga CC, pois os amplificadores analisados sempre funcionavam com pequenos sinais, excursionando sobre uma pequena região desta reta. Após vários estágios de ganho de tensão, a oscilação do sinal utiliza toda a reta de carga e a análise sob o enfoque CC já não mais representa o comportamento real do amplificador, pois deixa de considerar as impedâncias de fonte e carga. Nesta situação, faz-se necessária a análise CA, considerando-se a fonte e a carga, para representar exatamente o comportamento do amplificador. Com a reta de carga CA, torna-se possível calcular a máxima tensão de saída pico-a-pico não-ceifada do amplificador (compliance). E, considerando-se estes parâmetros CA, é possível redefinir a melhor localização do ponto quiescente, recalculando a polarização do transistor de modo a obter-se a máxima compliance. 3.0 PROCEDIMENTO OBS.: Recomenda-se aos senhores alunos que realizem os cálculos necessários para esta experiência antecipamente e tragam os resultados já computados, para facilitar a implementação dos circuitos e aproveitar melhor o tempo de aula. POLARIZAÇÃO NO MEIO DA RETA DE CARGA CC 1. Considere o amplificador EC cujo esquema encontra-se na figura 1 e calcule as tensões e correntes CC de polarização constantes na tabela da figura 2. Anote os resultados obtidos. 2. Insira a placa EB-98 no sistema. Não é necessário inicializar o sistema e nem ligar a fonte principal da MB-U. 3. Monte o circuito do amplificador esquematizado na figura 1 observando os seguintes cuidados: a) Seja organizado na sua montagem, para facilitar eventuais correções no circuito montado; b) Evite entortar os terminais dos componentes, pois estes são frágeis podem se quebrar; c) Ligue a alimentação do circuito somente quando tiver terminado a montagem e conferido todas as ligações. página 1

6 +12V 2K Ω 4K7 + 4,7µF + TIP31 4,7µF 470Ω 1K2 + 4,7µF 1KΩ 270 Ω - vermelho, violeta, marrom 220 Ω - vermelho, vermelho, marrom 470 Ω - amarelo, violeta, marrom 1 kω - marrom, preto, vermelho 1,2 kω - marrom, vermelho, vermelho 2,2 kω - vermelho, vermelho, vermelho 4,7 kω - amarelo, violeta, vermelho Fig. 1 Amplificador Emissor Comum (EC) Grandeza VB [V] VE [V] IE [ma] VC [V] VCE [V] VCC [V] Valor Calculado Valor Medido Fig. 2 Valores Calculados e Valores Medidos de Polarização 4. Ligue a alimentação do circuito, e utilizando-se do aparelho de medição adequado, meça e anote os resultados práticos na tabela da figura 2. Compare os resultados medidos com os valores calculados e tente justificar eventuais diferenças. 5. Calcule os valores necessários para traçar a reta de carga CC e localizar o ponto quiescente para este circuito e anote-os na tabela da figura 3. Trace, na figura 4, a reta de carga CC e localize o ponto quiescente (utilize Vce medido). página 2

7 Grandeza VCE(corte) [V] IC(sat) [ma] Reta de Carga CC Fig. 3 Pontos da Reta de Carga CC IC (ma) VCE (V) Fig. 4 Reta de Carga CC e Reta de Carga CA 6. A partir da reta de carga CC, estime o valor da máxima tensão de saída pico-a-pico sem distorção por ceifamento que o amplificador deveria produzir. Em seguida, aplique na entrada um sinal senoidal de 1kHz usando o cabo BNC-jacaré e observe a saída. Aumente a amplitude de entrada até obter experimentalmente a compliance. Compliance estimada: Compliance medida: Compare os dois resultados e justifique a diferença observada. página 3

8 7. Calcule os valores necessários para traçar a reta de carga CA e anote-os na tabela da figura 5. Em seguida, trace na figura 4, a reta de carga CA. A partir das curvas traçadas, tente justificar o ocorrido com a compliance medida. Grandeza VCE(corte) [V] IC(sat) [ma] Reta de Carga CA Fig. 5 Pontos da Reta de Carga CA 8. Calcule os novos valores de polarização, com os componentes escolhidos para colocar o ponto de operação próximo ao meio da reta CA. (R1=RC=1kΩ; R2=RE=220Ω). Preencha a tabela da figura 6 com os novos valores calculados. Grandeza VB [V] VE [V] IE [ma] VC [V] VCE [V] VCC [V] Valor Calculado Valor Medido Fig. 6 Novos Valores Calculados e Medidos de Polarização 9. Utilize a figura 7 para traçar novamente a reta de carga CC e localizar o novo ponto quiescente. 10. Desligue o gerador de sinais e a alimentação CC, altere o circuito, religue a alimentação e meça os novos valores CC do circuito alterado. Anote estes novos valores na tabela da figura 6. IC (ma) Fig. 7 Reta de Carga CC e Reta de Carga CA (circuito alterado) VCE (V) página 4

9 11. Calcule o corte e a saturação CA nesta nova situação e anote na tabela da figura Trace na figura 7 a reta de carga CA. Grandeza VCE(corte) [V] IC(sat) [ma] Reta de Carga CA Fig. 8 Pontos da Reta de Carga CA 13. Aplique na entrada um sinal senoidal de 1kHz usando o cabo BNC-jacaré e observe a saída. Aumente a amplitude de entrada até obter experimentalmente a compliance. Compliance medida: Observe as retas traçadas na figura 7 e conclua se o resultado experimental obtido é coerente. Houve melhora no valor da compliance? Justifique. ATENÇÃO: APÓS A EXPERIÊNCIA, ORGANIZE SUA BANCADA CONFORME AS NORMAS DE UTILIZAÇÃO DO LABORATÓRIO DIDÁTICO PELOS ALUNOS DE ELETRÔNICA II (página iii desta apostila). BANCADA EM DESACORDO COM AS NORMAS ACARRETARÁ EM DIMINUIÇÃO DA NOTA DE LABORATÓRIO, CONFORME PREVISTO. página 5

10 AMPLIFICADOR CLASSE B PARTE I 1.0 OBJETIVOS Após completar estas atividades de laboratório, você deverá ser capaz de: 1. Medir as tensões de polarização em um amplificador Push-Pull e comparar os valores práticos medidos com os valores teóricos esperados. 2. Observar o funcionamento do amplificador e medir a máxima tensão de saída pico-a-pico não ceifada. 3. Verificar a distorção por cross-over em um amplificador com polarização mal-projetada. 2.0 DISCUSSÃO Operação classe B de um transistor significa que a corrente do coletor flui durante somente 180º do ciclo CA. Isto implica que o ponto Q se situe aproximadamente no corte para as duas retas de carga, CA e CC. A vantagem da operação classe B é a menor dissipação de potência no transistor, que resulta em maior eficiência e menor corrente drenada da fonte. Quando um transistor opera em classe B, ele corta um semiciclo. Para evitar a distorção resultante é necessário o uso de dois transistores num arranjo push-pull; isto quer dizer que um transistor conduz durante um semiciclo e o outro transistor conduz durante o outro semiciclo, sendo que ambos estão configurados como seguidores de emissor, com ganho de tensão igual a um e forte linearização. Deste modo, obtém-se amplificadores classe B com baixa distorção e alta eficiência. Arranjos push-pull são normalmente utilizados nos estágios de saída dos amplificadores de potência, por oferecerem baixa impedância de saída e alta impedância de entrada. 3.0 PROCEDIMENTO OBS.: Recomenda-se aos senhores alunos que realizem os cálculos necessários para esta experiência antecipamente e tragam os resultados já computados, para facilitar a implementação dos circuitos e aproveitar melhor o tempo de aula. POLARIZAÇÃO DO AMPLIFICADOR PUSH-PULL 1. Considere o amplificador Push-Pull cujo esquema encontra-se na figura 1 e calcule as tensões e correntes CC de polarização constantes na tabela da figura 2. Anote os resultados obtidos. 2. Insira a placa EB-98 no sistema (ou coloque o protoboard sobre a bandeja). Não é necessário inicializar o sistema e nem ligar a fonte principal da MB-U. 3. Monte o circuito do amplificador esquematizado na figura 1 observando os seguintes cuidados: a) Seja organizado na sua montagem, para facilitar eventuais correções no circuito montado; b) Evite entortar os terminais dos componentes, pois estes são frágeis podem se quebrar; c) Ligue a alimentação do circuito somente quando tiver terminado a montagem e conferido todas as ligações. 4. Ligue a alimentação do circuito, e utilizando-se do aparelho de medição adequado, meça e anote os resultados práticos na tabela da figura 2. Compare os resultados medidos com os valores calculados e justifique eventuais diferenças. página 6

11 PS-1 = 9V 3,9KΩ TIP 31 TIP 32 4,7µ + Q1 TIP31 680Ω 4,7µ BASE V x + COLETOR EMISSOR 680Ω 4,7µ + Q2 TIP32 1KΩ 3,9KΩ 680 Ω - azul, cinza, marrom 1 kω - marrom, preto, vermelho 3,9 kω - laranja, branco, vermelho Fig. 1 Amplificador Push-Pull Grandeza VCC [V] VE [V] VB1 [V] VB2 [V] Vx [V] Valor Calculado Valor Medido Fig. 2 Valores Calculados e Valores Medidos de Polarização 5. A partir dos resultados práticos (valores medidos), calcule as tensões pedidas na tabela da figura 3. VCE1 [V] VCE2 [V] VBE1 [V] VBE2 [V] Fig. 3 Cálculo das tensões de polarização página 7

12 AMPLIFICAÇÃO DE SINAL CA 6. Utilizando o gerador de sinais, aplique na entrada do circuito um sinal senoidal de 1kHz com amplitude de 1V. Observe simultaneamente os sinais de entrada e saída e anote-os na figura 4. CANAL 1 AC DC Escala vertical: V/div CANAL 2 AC DC Escala vertical: V/div Escala horizontal: s/div Fig. 4 Tensões de entrada e saída no amplificador classe B Push-Pull Há alguma distorção perceptível no sinal de saída? Quanto é o ganho de tensão nesta situação? Ganho (Av) = COMPLIANCE 7. Aumente a amplitude do sinal de entrada enquanto observa simultaneamente os sinais de entrada e saída. Verifique e anote a o valor da compliance para esta situação. PP = O resultado encontrado é o esperado? DISTORÇÃO POR CROSS-OVER 8. Desligue a alimentação do circuito e o gerador de sinais. 9. Altere o circuito, curto-circuitando os dois resistores de 680Ω. 10. Religue a alimentação (PS-1 = 9V). Com o voltímetro meça os novos valores de polarização e complete a tabela da figura 5. página 8

13 Grandeza VCC [V] VE [V] VB1 [V] VB2 [V] Valor Medido Fig. 5 Novos valores medidos de polarização 11. Aplique novamente um sinal senoidal de 1kHz, ajustando a amplitude de entrada para 2V. 12. Observe simultaneamente os sinais de entrada e saída e anote-os na figura 6. CANAL 1 AC DC Escala vertical: V/div CANAL 2 AC DC Escala vertical: V/div Escala horizontal: s/div Fig. 6 Entrada e Saída no Amplif. Push-Pull Distorção por Cross-over Foi observada distorção por cross-over? Explique porque a alteração implementada causou este tipo de distorção. ATENÇÃO: APÓS A EXPERIÊNCIA, ORGANIZE SUA BANCADA CONFORME AS NORMAS DE UTILIZAÇÃO DO LABORATÓRIO DIDÁTICO PELOS ALUNOS DE ELETRÔNICA II (página iii desta apostila). BANCADA EM DESACORDO COM AS NORMAS ACARRETARÁ EM DIMINUIÇÃO DA NOTA DE LABORATÓRIO, CONFORME PREVISTO. página 9

14 AMPLIFICADOR CLASSE B PARTE II 1.0 OBJETIVOS Após completar estas atividades de laboratório, você deverá ser capaz de: 1. Observar a corrente de coletor no amplificador Push-Pull. 2. Verificar a polarização de base com compensação de temperatura utilizando diodos. 3. Observar o funcionamento do espelho de corrente. 2.0 DISCUSSÃO Em um amplificador classe B é necessário ajustar o ponto quiescente ligeiramente acima do corte para evitar-se a distorção por cross-over, ajustando-se a polarização para um valor de VBE entre 0,6V e 0,7V. O grande problema reside no fato da corrente de coletor ser muito sensível às variações de VBE, a qual, por sua vez, é fortemente dependente das variações de temperatura. Quando a temperatura aumenta, a corrente no coletor aumenta. Como a corrente no coletor aumenta, a temperatura na junção aumenta ainda mais, além de reduzir o valor exato de VBE. Esta situação de realimentação positiva significa que a corrente no coletor pode disparar, causando o efeito de deriva térmica até que uma potência excessiva danifique o transistor. Uma forma de evitar a deriva térmica é usar diodos de compensação para produzir a tensão de polarização para os diodos do emissor. Se as curvas de junção dos diodos de compensação e dos diodos de emissor casarem, aumentos de temperatura causarão diminuição nas tensões de junção e o disparo térmico deixa de ocorrer. 3.0 PROCEDIMENTO OBS.: Recomenda-se aos senhores alunos que realizem os cálculos necessários para esta experiência antecipamente e tragam os resultados já computados, para facilitar a implementação dos circuitos e aproveitar melhor o tempo de aula. POLARIZAÇÃO DO AMPLIFICADOR PUSH-PULL 1. Considere o amplificador Push-Pull cujo esquema encontra-se na figura 1 e calcule as tensões e correntes CC de polarização constantes na tabela da figura 2. Anote os resultados obtidos. 2. Insira a placa EB-98 no sistema (ou coloque o protoboard sobre a bandeja). Não é necessário inicializar o sistema e nem ligar a fonte principal da MB-U. 3. Monte o circuito do amplificador esquematizado na figura 1 observando os seguintes cuidados: a) Seja organizado na sua montagem, para facilitar eventuais correções no circuito montado; b) Evite entortar os terminais dos componentes, pois estes são frágeis podem se quebrar; c) Ligue a alimentação do circuito somente quando tiver terminado a montagem e conferido todas as ligações. 4. Ligue a alimentação do circuito, meça e anote os resultados práticos na tabela da figura 2. OBS.: Calcular I CQ a partir de VC1 e/ou VC2. Calcular IR a partir de VB1 e/ou VB2 Compare os resultados medidos com os valores calculados e justifique eventuais diferenças. página 10

15 PS-1 = 7V 3,9KΩ RC1 10Ω 4,7µ + Q1 TIP31 680Ω V x + 4,7µ 680Ω 4,7µ + Q2 TIP32 1KΩ 3,9KΩ RC2 10Ω 10 Ω - marrom, preto, preto 680 Ω - azul, cinza, marrom 1 kω - marrom, preto, vermelho 3,9 kω - laranja, branco, vermelho Fig. 1 Amplificador Push-Pull Grandeza VCC VE VB1 VB2 Vx ICQ VC1 VC2 IR=3,9kΩ Valor Calculado [Volt] Valor Medido [Volt] Fig. 2 Valores Calculados e Valores Medidos de Polarização 5. A partir dos resultados práticos (valores medidos), calcule as tensões pedidas na tabela da figura 3. VCE1 [V] VCE2 [V] VBE1 [V] VBE2 [V] Fig. 3 Cálculo das tensões de polarização Nesta situação, os espelhos de corrente estão funcionando corretamente? Justifique sua resposta. página 11

16 OBSERVAÇÃO DA CORRENTE CA NO COLETOR 6. Utilizando o gerador de sinais, aplique na entrada do circuito um sinal senoidal de 1kHz com amplitude de 3V. Observe simultaneamente o sinal de tensão de saída e a tensão sobre o resistor RC2 e anote-os na figura 4. CANAL 1 AC DC Escala vertical: V/div CANAL 2 AC DC Escala vertical: V/div Escala horizontal: s/div Fig. 4 Tensão e corrente na saída do amplificador classe B Push-Pull A partir das formas de onda observadas, calcule o valor da corrente de pico no coletor do transistor PNP. A forma de onda de corrente observada é a esperada? POLARIZAÇÃO COM DIODOS COMPENSADORES 7. Desligue a alimentação e desconecte o gerador de sinais do circuito. Altere o circuito montado substituindo os resistores de 680Ω por diodos, conforme indicado na figura 5. V x + Fig. 5 Polarização utilizando diodos compensadores página 12

17 8. Considere o amplificador Push-Pull com a nova polarização e Vcc = 10V. Recalcule as tensões e correntes CC de polarização e anote-as na tabela da figura 6. Grandeza VCC VE VB1 VB2 Vx ICQ VC1 VC2 IR=3,9kΩ Valor Calculado Valor Medido Fig. 6 Valores Calculados e Valores Medidos de Polarização 9. Ligue a alimentação do circuito, reajuste a fonte PS-1 para 10V, meça e anote os resultados práticos na tabela da figura A partir dos resultados práticos (valores medidos), calcule as tensões pedidas na tabela da figura 7. VCE1 VCE2 VBE1 VBE2 Fig. 7 Cálculo das tensões de polarização Compare os resultados medidos com os valores calculados e justifique eventuais diferenças. O espelho de corrente está funcionando corretamente? Nesta situação há o risco de deriva térmica? ATENÇÃO: APÓS A EXPERIÊNCIA, ORGANIZE SUA BANCADA CONFORME AS NORMAS DE UTILIZAÇÃO DO LABORATÓRIO DIDÁTICO PELOS ALUNOS DE ELETRÔNICA II (página iii desta apostila). BANCADA EM DESACORDO COM AS NORMAS ACARRETARÁ EM DIMINUIÇÃO DA NOTA DE LABORATÓRIO, CONFORME PREVISTO. página 13

18 AMPLIFICADOR CLASSE C 1.0 OBJETIVOS Após completar estas atividades de laboratório, você deverá ser capaz de: 1. Observar o funcionamento de um amplificador classe C. 2. Verificar o funcionamento do grampeador CC negativo na base. 2.0 DISCUSSÃO Em um amplificador classe C, o transistor opera na região ativa menos de 180 do ciclo CA do sinal. Tipicamente, o ângulo de condução é muito menor do que 180 e a corrente do coletor é um trem de pulsos estreitos. Esta corrente não senoidal contém a frequência fundamental mais as harmônicas e é obtida através de um circuito grampeador negativo ligado à base. Um amplificador classe C sintonizado tem um circuito tanque ressonante na saída que está em sintonia com a frequência fundamental. Isto produz uma tensão de saída senoidal com frequência fr. Em um circuito multiplicador de frequência, o circuito tanque ressonante é sintonizado em alguma frequência harmônica superior, múltipla inteira da frequência fundamental da entrada. 3.0 PROCEDIMENTO 1. Antes de iniciar a montagem, meça o valor da indutância e do fator de qualidade do indutor, anotando estes resultados na tabela da figura 1. Utilize a ponte RLC digital disponível com o professor. 2. Calcule os demais parâmetros referentes ao amplificador classe C e complete a tabela. L (µh) QL fr (khz) XL (Ω) RS (Ω) RP (Ω) Q B (khz) Fig. 1 Valores Medidos e Calculados para o Amplificador Sintonizado rc Q= XL XL =2. π. f. L rc = Rp RL RP = QL. XL PP=2. Vcc fr = 1 2π LC. B= f r Q 3. Considere o amplificador classe C sintonizado cujo esquema encontra-se na figura Insira a placa EB-98 no sistema (ou coloque o protoboard sobre a bandeja). 5. Monte o circuito do amplificador, observando os seguintes cuidados: a) Seja organizado na sua montagem, para facilitar eventuais correções no circuito montado; b) Evite entortar os terminais dos componentes, pois estes são frágeis podem se quebrar; c) Não ligue ainda a alimentação do circuito. d) Como indutor, use o Transformador de Pulsos (TP) fornecido. 6. Ajuste o gerador de sinais para uma entrada senoidal de 40kHz com 2Vpp. 7. Ajuste a alimentação para 10V, ligue o circuito e aplique o sinal de entrada. 8. Com o osciloscópio, observe os sinais na entrada (gerador) e na saída (carga). 9. Varie a frequência do gerador até que a saída alcance seu valor máximo (ressonância). Meça a frequência nessa situação (Obs.: o valor da fr é por volta de 40kHz, mas varia de bancada para bancada). Frequência de Ressonância calculada: (utlizando o valor de indutância medido) Frequência de Ressonância medida: (mede-se com o osciloscópio) página 14

19 10. Anote as formas de onda de entrada e de saída na figura 3. Fig. 2 Amplificador Classe C CANAL 1 AC DC Escala vertical: V/div CANAL 2 AC DC Escala vertical: V/div Escala horizontal: s/div Fig. 3 Amplif. Classe C Formas de onda de tensão na entrada e na carga página 15

20 Os resultados obtidos até o momento são os esperados? (frequência e formas de onda) Comente e justifique as diferenças observadas entre a teoria e a prática. Anote suas conclusões. 11. Observe, simultaneamente, o sinal de entrada e o sinal na base do transistor. Anote as formas de onda na figura 4. CANAL 1 AC DC (entrada) Escala vertical: V/div CANAL 2 AC DC (base) Escala vertical: V/div Escala horizontal: s/div Fig. 4 Amplif. Classe C Grampeamento Negativo O resultado é o esperado? Justifique o que foi observado. 12. Varie a amplitude da tensão de entrada e observe o que ocorre com a tensão de saída. Anote a PP. PP calculada: (teórica) PP medida: (prática) 13. Altere a forma de onda da tensão de entrada para triangular, e depois, para onda quadrada. Observe as diferenças na onda de tensão na carga. Justifique as alterações de comportamento observadas. ATENÇÃO: AO TERMINAR, ORGANIZE A BANCADA SEGUINDO AS NORMAS DE UTILIZAÇÃO DO LAB. DIDÁTICO PELOS ALUNOS DE ELETRÔNICA II (página iii). página 16

21 ANÁLISE DE EFEITOS DE FREQUÊNCIA 1.0 OBJETIVOS Após completar estas atividades de laboratório, o aluno deverá ser capaz de analisar e entender o funcionamento de uma rede de avanço e de uma rede atraso, funcionando isoladamente. 2.0 DISCUSSÃO O funcionamento dos amplificadores dentro de uma banda média, onde os capacitores são aproximados por uma impedância de muito baixo valor, foi estudado em seções anteriores. Fora desta banda média, os efeitos das capacitâncias não podem ser desprezados porque influenciam significativamente no funcionamento dos amplificadores. Abaixo da banda média, os capacitores apresentam alta impedância, levando os amplificadores a ganhos menores, e acima da banda média, capacitâncias internas das junções e outras parasitas também alteram o ganho e devem ser consideradas para um perfeito entendimento do comportamento destes circuitos. A análise deste comportamento variável com a frequência pode ser introduzido com o estudo das redes de avanço e atraso, circuitos RC que permitem uma visualização da variação das impedâncias capacitivas com a variação da frequência. 3.0 PROCEDIMENTO REDE DE AVANÇO 1. Coloque a placa EB-98 nas guias do bastidor e encaixe o conector. Não é necessário ligar o sistema. 2. Monte o circuito da Rede de Avanço esquematizada na figura 1; para tanto, observe os seguintes cuidados: a) Encaixe cuidadosamente os componentes no protoboard, sem forçar para não danificá-los; b) O sinal de entrada será aplicado a partir do gerador de sinais usando-se o cabo BNC-jacaré. 3. Utilize o gerador de sinais e aplique uma tensão senoidal com 2Vp-p, sem offset. 100nF osciloscópio (canal 1) ~ 2Vpp 1kΩ osciloscópio (canal 2) Fig. 1 Rede de Avanço 4. Varie a frequência do sinal de entrada para diversos valores; com o auxílio do osciloscópio, meça simultaneamente os sinais de entrada e saída do circuito e anote os resultados na tabela da figura 2. Anote, ao menos, 10 resultados para que a curva tenha resolução adequada. página 17

22 OBS: A amplitude da tensão de entrada varia com a variação da frequência; corrija, se necessário. f [Hz] Vin [Vp-p] Vout [Vp-p] Ganho Ganho em db f [Hz] Vin [Vp-p] Vout [Vp-p] Ganho Ganho em db Fig. 2 Medidas na Rede de Avanço 5. Meça o valor das resistências e da capacitância, e calcule a frequência de corte do circuito. Apresente a curva de resposta em frequência da em um gráfico monolog (figura 3) Fig. 3 Resposta em Frequência da Rede de Avanço página 18

23 6. Compare o valor calculado da frequência de corte (fc) com o valor encontrado no gráfico traçado. É coerente? REDE DE ATRASO 7. Monte o circuito da Rede de Atraso esquematizada na figura 4 tomando os mesmos cuidados do item Ajuste o gerador de sinais para uma tensão senoidal com 2Vp-p, sem offset. 1kΩ osciloscópio (canal 1) ~ 2Vpp 100nF osciloscópio (canal 2) Fig. 4 Rede de Atraso 9. Com o auxílio do osciloscópio, meça simultaneamente os sinais de entrada e saída do circuito e anote pelo menos 10 resultados na tabela da figura 5, para diferentes frequências de sinal de entrada. OBS: A amplitude da tensão de entrada varia com a variação da frequência; corrija, se necessário. f [Hz] Vin [Vp-p] Vout [Vp-p] Ganho Ganho em db f [Hz] Vin [Vp-p] Vout [Vp-p] Ganho Ganho em db Fig. 5 Medidas na Rede de Atraso 10. Apresente a curva de resposta em frequência da Rede de Atraso no gráfico monolog da figura 6. página 19

24 11. Compare o valor calculado da frequência de corte (fc) com o valor encontrado no gráfico traçado. É coerente? Fig. 6 Resposta em Frequência da Rede de Atraso Responda: 1) Qual deveria se a taxa de inclinação (teórica) fora da banda de passagem para ambas as redes de atraso estudadas? 2) Quais os valores destas inclinações obtidas na prática? ATENÇÃO: APÓS A EXPERIÊNCIA, ORGANIZE SUA BANCADA CONFORME AS NORMAS DE UTILIZAÇÃO DO LABORATÓRIO DIDÁTICO PELOS ALUNOS DE ELETRÔNICA II (página iii desta apostila). BANCADA EM DESACORDO COM AS NORMAS ACARRETARÁ EM DIMINUIÇÃO DA NOTA DE LABORATÓRIO, CONFORME PREVISTO. página 20

25 RESPOSTA EM FREQUÊNCIA DE AMPLIFICADORES 1.0 OBJETIVOS Após completar estas atividades de laboratório, o aluno deverá ser capaz de analisar e entender o comportamento de um amplificador emissor comum funcionando com um sinal de frequência variável na entrada. 2.0 DISCUSSÃO O funcionamento dos amplificadores dentro de uma banda média, onde os capacitores são aproximados por uma impedância de muito baixo valor, foi estudado em seções anteriores. Fora desta banda média, os efeitos das capacitâncias não podem ser desprezados porque influenciam significativamente no funcionamento dos amplificadores. Abaixo da banda média, os capacitores apresentam alta impedância, levando os amplificadores a ganhos menores, e acima da banda média, capacitâncias internas das junções e outras parasitas também alteram o ganho e devem ser consideradas para um perfeito entendimento do comportamento destes circuitos. ATENÇÃO: Recomenda-se aos senhores alunos que realizem os cálculos necessários para esta experiência antecipamente e tragam os resultados já computados, para facilitar a implementação dos circuitos e aproveitar melhor o tempo de aula. Os cálculos necessários encontram-se ao final deste roteiro de aula. 3.0 PROCEDIMENTO RESPOSTA EM FREQUÊNCIA DE UM AMPLIFICADOR EC 1. Coloque a placa EB-98 nas guias do bastidor e encaixe o conector. Não ligar o sistema. 2. Monte o circuito do Amplificador Emissor-Comum esquematizado na figura 1 observando os seguintes cuidados: a) Seja organizado na sua montagem, para facilitar eventuais correções no circuito montado; b) Evite entortar os terminais dos componentes, pois estes são frágeis podem se quebrar; c) Encaixe cuidadosamente os componentes no protoboard, sem forçar para não danificá-los; d) Observe as polaridades dos capacitores e a pinagem do transistor; e) O sinal de entrada será aplicado a partir do gerador de sinais usando-se o cabo BNC-jacaré. 3. Ligue o sistema e ajuste PS-1 para 10V. (Não é preciso inicializar o sistema). 4. Ajuste o gerador de sinais para uma tensão senoidal de 100Hz com amplitude de 10mV (Vpp=20mV). 5. Meça os valores de polarização utilizando um voltímetro CC e anote os resultados na tabela 01, no final deste roteiro de aula (a corrente de emissor deve ser calculada; não abrir o circuito). 6. Com o auxílio do osciloscópio, meça simultaneamente os sinais de entrada e saída do circuito e anote os resultados na tabela da figura 2. Varie a frequência, obtendo ao menos 20 resultados para posterior traçado do gráfico. OBS.: Para que os resultados sejam confiáveis e tenham qualidade, utilize sempre o osciloscópio nas escalas adequadas. Para medidas de frequência, utilize o osciloscópio. página 21

26 PS-1 10kΩ 3,3kΩ 4,7µF + + 2N2222A 2,2µF E B C IC(máx) = 0,8A VCE(máx) = 40V VCB(máx) = 75V PD(máx) = 0,5W 1,5kΩ hfe = 150 Vin ~ 2,2kΩ 1kΩ + 10µF ft = 300MHz CC = 8pF Ce = 25pF rb = 50Ω Rg = 400Ω Fig. 1 Amplificador Emissor Comum OBS: Se a amplitude da tensão de entrada variar com a frequência; reajuste-a. f [Hz] Vin [mvp-p] Vout [mvp-p] Ganho Ganho em db f [Hz] Vin [mvp-p] Vout [mvp-p] Ganho Ganho em db página 22

27 f [Hz] Vin [mvp-p] Vout [mvp-p] Ganho Ganho em db Fig. 2 Medidas no Amplificador EC 7. Apresente a curva de resposta em frequência do amplificador na figura Fig. 3 Resposta em Frequência do Amplificador EC 8. A partir do gráfico,estime o valor das frequências de corte superior e inferior. 9. Compare os valores calculados para as frequências de corte superior e inferior com os resultados obtidos no gráfico. Eles são coerentes? página 23

28 TABELA 1 Grandeza VCC [V] VB [V] VE [V] IE [ma] re [Ω] rc [Ω] Av Valor Calculado Valor Medido TABELA 2 Grandeza fentr [Hz] fsaída [Hz] fe [Hz] fb [MHz] fc [MHz] Valor Calculado TABELA3 Grandeza f1 [Hz] f2 [Hz] Valor Calculado Valor Medido Amplificador Emissor-Comum 25mV r R = R R β. r R R r = A = r = R // R,, C ent 1 2 e saída C e m, C C L IE re Amplificador Coletor-Comum R R R, S 1 2 ent = 1 β. 2 E saída = e + R R R R R r β Aspectos Frequenciais f ent = f = f = 2 π ( R R ) C 2 π (Zs // R ) C 2 π r C E B s+ ent ent EMISSOR E E B B f saída = f = C = C =C +C 2 π ( R R ) C 2 π r C 2 π f r,, C e, C C PE saída+ L saída C C T e r C = C + C 1 + r = ( r + r ) β r A[ db] = 20.log A A[ db] = 10.logA,, C,, B e C, B G b e v v P P re A-1 C = C(1 A) C = C r = R R R A ent( Miller) saída( Miller) G S 1 2 página 24

29 AMPLIFICADOR DIFERENCIAL 1.0 OBJETIVOS Após completar estas atividades de laboratório, o aluno deverá ser capaz de: 1. Analisar e entender o funcionamento de um amplificador diferencial, funcionando com entrada simples ou diferencial e saída simples ou diferencial; 2. Medir os ganhos experimentalmente e comparar com os valores teóricos calculados; 3. Entender o funcionamento de um espelho de corrente e verificá-lo em um amplificador diferencial. 2.0 DISCUSSÃO Dentre os diversos tipos de amplificadores que podem ser construídos com dispositivos discretos, o amplificador diferencial constitui-se numa topologia com características particulares que o torna interessante para ser utilizado como estágio de entrada de amplificadores integrados, como os Amplificadores Operacionais. O amplificador diferencial possui 2 entradas e 2 saídas, podendo ter alimentação simples ou dividida. Dependendo da maneira como o sinal de entrada é aplicado (apenas em uma das entradas, nas duas entradas com valores diferentes ou com valor igual nas duas entradas), o ganho, e por consequência, a tensão obtida na saída, podem ser alterados. Dependendo da maneira como a carga é ligada, apenas em uma saída ou entre as duas saídas, novamente podem ser obtidos valores diferentes de ganhos para cada situação. A utilização de espelhos de corrente para a polarização destes circuitos oferece a alta impedância necessária nos coletores e nos emissores dos transistores do par diferencial, contribuindo também para a necessária equalização das correntes nos 2 ramos do par diferencial. ATENÇÃO: Recomenda-se aos senhores alunos que realizem os cálculos necessários para esta experiência antecipamente e tragam os resultados já computados, para facilitar a implementação dos circuitos e aproveitar melhor o tempo de aula. 3.0 PROCEDIMENTO POLARIZAÇÃO DO PAR DIFERENCIAL 1. Coloque a placa EB-98 nas guias do bastidor e encaixe o conector. 2. Monte o circuito do Par Diferencial esquematizado na figura 1; para tanto, observe os seguintes cuidados: a) Encaixe cuidadosamente os componentes no protoboard, sem forçar para não danificá-lo; b) Evite entortar demais os terminais dos componentes, para não danificá-los, pois estes serão utilizados em aulas de outras turmas, ou mesmo nesta turma em outras experiências; c) Faça sua montagem de maneira organizada, de modo a poder identificar qual é o transistor Q1 e qual é o transistor Q2. 3. Ligue o sistema. 4. Aterre as entradas v i1 e v i2 e meça, com o voltímetro, as tensões de polarização nos coletores e nos emissores de Q1 e Q2. Anote os resultados na tabela da figura 2. página 25

30 PS-1 100kΩ 100kΩ E B C v o1 v o2 v i1 Q1 Q2 v i2 2N2222A 2N2222A 100kΩ Fig. 1 Circuito do Amplificador Diferencial PS-2 PS-1 PS-2 Vc1 Vc2 Ve1=Ve2 Fig. 2 Tensões de Polarização do Par Diferencial AMPLIFICAÇÃO DE SINAIS ENTRADA SIMPLES / SAÍDA SIMPLES 5. Desligue a entrada v i1 do terra e aplique nela um sinal senoidal de 10mV de pico, frequência de 1kHz. Mantenha a entrada v i2 aterrada e a saída v o1 em aberto. Esboce na figura 3 as formas de onda de tensão de entrada, e a saída observada em v o2. OBS: Para poder verificar a defasagem entre os dois sinais, observe os dois canais do osciloscópio ao mesmo tempo, embora em escalas diferentes devido ao ganho. 6. Mantenha o canal 1 em v i1 e passe o canal 2 do osciloscópio para a saída v o1. Esboce a forma de onda de v o1 juntamente com a tensão v o2. Observe a defasagem e os valores de pico-a-pico de ambas as ondas. 7. Calcule o ganho teórico e compare com o ganho experimental observado nesta situação. G a n h o T e ó r i c o : G a n h o E x p e r i m e n t a l : Os resultados estão coerentes? O ganho experimental está próximo do esperado? página 26

31 Canal 1 Vi1 (gerador) escala vertical: mv/div Canal 2 Vo1,Vo2 (saídas) escala vertical: escala horizontal (ambos): ms/div Fig. 3 Ganho Diferencial Entrada e Saída Simples AMPLIFICAÇÃO DE SINAIS ENTRADA SIMPLES / SAÍDA DIFERENCIAL 8. Com o mesmo circuito em funcionamento, meça a tensão diferencial de saída. Para tanto, conecte o canal 1 do osciloscópio na saída v o2 e o canal 2 do osciloscópio na saída v o1 e faça a leitura da saída diferencial (o osciloscópio deverá estar no modo diferencial de leitura, fornecendo: v o2 v o1 ). Esboce a forma de onda observada na figura 4. Canal 1 Canal 2 (tensão diferencial de saída) escala vertical: V/div escala horizontal: ms/div Fig. 4 Ganho Diferencial Entrada Simples e Saída Diferencial 9. Calcule o ganho teórico e compare com o ganho experimental observado nesta situação. página 27

32 G a n h o T e ó r i c o : G a n h o E x p e r i m e n t a l : Os resultados estão coerentes? O ganho experimental está próximo do esperado? ANÁLISE DE MODO COMUM SAÍDA SIMPLES 10. Desligue o modo diferencial do osciloscópio. 11. Conecte as duas entradas do amplificador diferencial no gerador, ajustando as entradas de modo que v i1 = v i2 com 100 mvp, frequência 1kHz, senoidal. 12. Esboce na figura 5 as formas de onda de tensão de entrada, e a saída observada em v o2. Canal 1 entrada de modo-comum escala vertical: V/div Canal 2 V o2 (saída) escala vertical: V/div escala horizontal (ambos): ms/div Fig. 5 Ganho de Modo-Comum Saída Simples 13. Calcule o ganho teórico e compare com o ganho experimental observado nesta situação. G a n h o T e ó r i c o : G a n h o E x p e r i m e n t a l : Os resultados estão coerentes? O ganho experimental está próximo do esperado? ANÁLISE DE MODO COMUM SAÍDA DUPLA 14. Com o mesmo circuito em funcionamento, meça a tensão diferencial de saída. Qual foi o resultado obtido nesta situação? Este resultado era o esperado? página 28

33 AMPLIFICADOR NÃO-INVERSOR E AMPLIFICADOR INVERSOR DE TENSÃO COM AMP-OP 1.0 OBJETIVOS Após completar estas atividades de laboratório, o aluno deverá ser capaz de: 1. Verificar a operação do amplificador operacional (AMP-OP) em malha fechada. 2. Verificar experimentalmente o ganho de um amplificador inversor e de um amplificador não-inversor de tensão com AMP-OP, para sinais CC e CA, utilizando-se de multímetro digital e osciloscópio. 3. Medir as impedâncias de entrada e saída para o amplificador não-inversor de tensão. 4. Verificar a redução do off-set de saída causada pela realimentação negativa. 5. Determinar a resposta em frequência destes amplificadores. 2.0 DISCUSSÃO A realimentação negativa altera as características de malha aberta do AMP-OP, e no caso da configuração de amplificador inversor, deverá ser observado que a impedância de entrada estabiliza-se, a impedância de saída diminui e o ganho diminui e estabiliza-se. Já a configuração de amplificador nãoinversor tem sua impedância de entrada aumentada, a impedância de saída diminuída e o ganho também diminui e estabiliza-se. Um amplificador operacional integrado pode ser utilizado para amplificar tensões CC e CA, e o ganho deste amplificador depende da configuração da realimentação negativa escolhida. Na presente experiência, serão configurados o amplificador inversor de tensão, que tem como ganho: Rrealim Av R e também o amplificador não inversor de tensão, que tem como ganho: entr A v R = 1+ realim R entr Experimentalmente, o ganho pode ser obtido medindo-se as tensões de entrada e saída do circuito e calculando-se a relação: A v V V saida entrada Deve ser observado que no amplificador inversor o sinal de saída tem fase invertida em relação ao sinal de entrada. Além de alterar as características básicas de funcionamento do amplificador operacional em malha aberta, a realimentação negativa também altera o offset de saída, reduzindo-o, e aumenta a faixa de resposta em frequência dos amplificadores assim realimentados. 3.0 PROCEDIMENTO AMPLIFICADOR NÃO-INVERSOR DE TENSÃO 1. Insira a placa EB-98 no sistema (ou coloque o protoboard sobre a bandeja). Não é necessário inicializar o sistema e nem ligar a fonte principal da MB-U. 2. Monte o circuito do Amplificador Não-inversor de tensão esquematizado na figura 1 utilizando-se do Amp-Op 741; para tanto, observe os seguintes cuidados: página 29

34 a) Encaixe cuidadosamente o CI no protoboard e se necessário retirá-lo, faça com atenção para não entortar ou danificar seus terminais; b) Não se esqueça de ligar a alimentação do CI, deixando para energizar a MB-U apenas quando tiver terminado a montagem e conferido todas as ligações; c) Evite entortar demais os terminais do capacitor, pois este é frágil e quebra-se com facilidade; d) O sinal de entrada será aplicado a partir do gerador de sinais usando-se o cabo BNC-jacaré. e) Seja organizado na sua montagem, para facilitar eventuais correções no circuito montado; Fig. 1 Amplificador Não-inversor de Tensão MEDIDAS DE AMPLIFICAÇÃO CC 3. Energize o circuito. 4. A fonte CC variável PS-1 será utilizada como o sinal CC de entrada do amplificador. Varie a fonte PS-1 para os valores da tabela da figura 2. Faça o melhor ajuste possível das tensões e anote o valor real que o voltímetro indicar. Com o uso do mesmo voltímetro, meça também a tensão de saída para cada caso e complete a tabela da figura 2. Vent [V] (desejada) Vent [V] (medida) Vsaída [V] Ganho Real (medido) Fig. 2 Ganho CC do Amplificador Não-inversor Os valores medidos de ganho CC são coerentes com o valor teórico calculado? MEDIDAS DE AMPLIFICAÇÃO CA 5. Para o mesmo circuito já montado, substitua a entrada CC (PS-1) por uma entrada senoidal (gerador de sinais) de 10kHz e 2Vp-p, sem nível DC (offset). Retire o voltímetro do circuito. 6. Com o auxílio do osciloscópio, utilizando os 2 canais simultaneamente, esboce as formas de onda de entrada e saída, registrando os eixos horizontal e vertical na figura 3. página 30

35 7. Calcule o valor do ganho e conclua o que foi observado com relação aos resultados teórico/prático e fase do sinal. Foi observado nível DC no sinal de saída? Por que? AMPLIFICADOR NÃO INVERSOR escala vertical (ch1) = escala vertical (ch2) = escala horizontal = ganho prático = Fig. 3 Ganho CA do Amplificador Não-inversor MEDIDAS DE IMPEDÂNCIA DE ENTRADA E SAÍDA 8. Para a medida de impedância de entrada, retire o osciloscópio e o gerador de sinais do circuito. 9. Mantenha o circuito alimentado e meça, com o ohmímetro, a resistência entre Vent e terra. Zin = 10. Ligue Vent ao terra (curto-circuito da entrada) e meça, com o ohmímetro, a resistência entre Vsaída e terra. (mantenha o circuito normalmente com a sua alimentação) Zout = VERIFICAÇÃO DO EFEITO DA REALIMENTAÇÃO NEGATIVA SOBRE O OFF-SET DE SAÍDA. 11. Mantenha o curto-circuito da entrada e retire o ohmímetro da saída. 12. Abra a realimentação (retire o resistor) e meça a tensão de saída com o voltímetro. v os( saída)ol = 13. Ligue novamente o resistor de realimentação e mantenha a entrada curto-circuitada; meça novamente a tensão de saída com o voltímetro nesta condição. v os( saída)cl = Comente o que foi observado com relação à tensão de off-set de saída em ambos os casos. página 31

36 AMPLIFICADOR INVERSOR MEDIDAS DE AMPLIFICAÇÃO CC 14. Monte agora o circuito do Amplificador Inversor de tensão esquematizado na figura 4, utilizando-se do Amp-Op 741. Fig. 4 Amplificador Inversor com Amp-Op 15. Varie a fonte de tensão PS-1 para os valores da tabela da figura 5. Faça o melhor ajuste possível das tensões e anote o valor real que o voltímetro indicar. Com o uso do mesmo voltímetro, meça também a tensão de saída para cada caso e complete a tabela da figura 5. Vent [V] (desejada) Vent [V] (medida) Vsaída [V] Ganho Real (medido) Fig. 5 Ganho do Amplificador Inversor Os valores medidos de ganho CC são coerentes com os valores teóricos calculados? MEDIDAS DE AMPLIFICAÇÃO CA 16. Para o mesmo circuito já montado, retire os voltímetros e a fonte PS Aplique na entrada um sinal triangular de 1kHz e 1Vp-p, sem nível DC do gerador. 18. Com o auxílio do osciloscópio, utilizando os 2 canais simultaneamente, esboce as formas de onda de entrada e saída, registrando os eixos horizontal e vertical na figura 6. Observe a inversão de fase. 19. Calcule o valor do ganho e conclua o que foi observado com relação aos resultados teórico/prático e fase do sinal. Foi observado nível DC no sinal de saída? Por que? página 32

37 AMPLIFICADOR INVERSOR escala vertical (ch1) = escala vertical (ch2) = escala horizontal = ganho prático = Fig. 6 Ganho CA do Amplificador Inversor página 33

38 AMPLIFICADOR SOMADOR COM AMP-OP E REFORÇADOR DE CORRENTE 1.0 OBJETIVOS Após completar estas atividades de laboratório, o aluno deverá ser capaz de: 1. Construir e verificar o funcionamento de um amplificador somador de tensão utilizando amplificador operacional; 2. Verificar experimentalmente o funcionamento de um reforçador de corrente push-pull ligado à saída de um amp-op. 2.0 DISCUSSÃO Um amplificador inversor construído com amplificador operacional pode ter uma ou diversas entradas; cada uma das entradas contribui com uma parcela de corrente na entrada inversora do amp-op, fazendo com que a tensão de saída seja proporcional à soma destas correntes de entrada. Considerando-se que a entrada inversora é um terra virtual, a tensão de saída será então propocional à soma das tensões aplicadas nas entradas, ponderadas pelos respectivos resistores de entrada, conforme a expressão a seguir: V R V1 V2 V V R R R R saida 3 saida Como trata-se de um amplificador inversor, para uma entrada positiva, a saída é negativa e para uma entrada negativa, tem-se uma saída positiva; por este motivo, faz-se necessária uma alimentação dividida (ou simétrica), ou então alterações no circuito que permitam a inversão de fase para o sinal amplificado de saída. Isto é possível polarizando-se a entrada não-inversora do amp-op com uma tensão positiva, próxima à metade da tensão de alimentação e uso de capacitores para acoplamento e derivação. Em algumas aplicações, a capacidade de corrente na saída do amplificador operacional é insuficiente para os requisitos da carga; nestas situações, é possível amplificar-se a corrente de saída utilizando-se um transistor (para correntes unidirecionais) ou dois transistores num arranjo push-pull para correntes alternadas. A realimentação negativa encarrega-se de minimizar os efeitos de VBE, dispensar a polarização na base dos transistores e praticamente eliminar a distorção por cross-over. 3.0 PROCEDIMENTO AMPLIFICADOR SOMADOR DE 3 ENTRADAS COM ALIMENTAÇÃO SIMÉTRICA 1. Coloque a placa EB-98 nas guias do bastidor e encaixe o conector; 2. Monte o circuito da figura 1, tomando os seguintes cuidados: a) Encaixe cuidadosamente o CI LM741 no protoboard e se necessário retirá-lo, faça com atenção para não entortar ou danificar seus terminais (pinagem do CI na figura 6); b) Não se esqueça de ligar a alimentação do CI, deixando para energizar a MB-U apenas quando tiver terminado a montagem e conferido todas as ligações; 3. Aplique as tensões de entrada conforme o esquema, ajustando-as para os seguintes valores: PS-1 = 1V PS-2 = 4V Gerador: senoidal, sem offset, 1kHz, 1Vpp 4. Esboce a forma de onda de saída na figura 2. O resultado é o esperado? 5. Varie a tensão das fontes PS-1 e PS-2 e observe o comportamento da tensão de saída. página 34

39 10kΩ 10kΩ osciloscópio (canal 1) ~ PS-1 V 10kΩ +12V 10kΩ 2 _ PS-2-12V Vs osciloscópio (canal 2) Fig. 1 Amplificador Somador com Amp-Op AMPLIFICADOR SOMADOR escala vertical = escala horizontal = Fig. 2 Tensão de Saída do Somador REFORÇADOR DE CORRENTE PUSH-PULL 6. Desligue a alimentação. 7. Monte o circuito esquematizado na figura 3, do amplificador inversor sem reforçador de corrente. 8. Ligue novamente a alimentação e aplique na entrada um sinal senoidal de 0,5Vpp, sem offset do gerador, frequência de 1 khz. 9. Aumente o valor da tensão de entrada para 2Vpp e observe o que ocorre na saída. Anote na figura 4 as formas de onda de tensão de entrada e saída. Quais são os valores das tensões de saturação positiva e negativa? Você não acha que estes valores estão muito baixos? Explique o que está ocorrendo. página 35