Universidade Tecnológica Federal do Paraná. DAELN Departamento Acadêmico de Eletrônica PRÁTICAS DE ELETRÔNICA APLICADA (EL 74 G) NORMAS PARA APRESENTAÇÃO DE RELATÓRIOS Os relatórios deverão seguir as Normas Para Elaboração de Trabalhos Acadêmicos da UTFPR, devendo conter: Introdução Teórica, com uma breve apresentação da teoria que será ensaiada na prática, descrevendo apenas os assuntos relacionados com a prática. Procedimentos e Resultados. Descrever todos os procedimentos executados na realização da experiência, tais como, montagens, ajustes, medidas, observações etc. Para cada circuito ensaiado: a) Incluir o diagrama esquemático e a explicação do funcionamento do circuito. b) Incluir as equações, projetos e os cálculos teóricos. c) Apresentar os resultados obtidos: tabelas de valores, formas de ondas, gráficos etc. d) Comparar com os valores teóricos esperados. e) Comentar sobre os resultados obtidos, comparando com a teoria. Justificar as diferenças encontradas, e se estas diferenças são aceitáveis. Conclusões, que são muito importantes em um relatório. Fazer comentários gerais sobre a prática, descrevendo se ocorreu algum problema no desenvolvimento da mesma. E, por fim, comentar sobre as contribuições das experiências no seu aprendizado. PONTOS PARA A AVALIAÇÃO DOS RELATÓRIOS Nos relatórios observar os seguintes pontos indicados: ( ) Colocar Introdução Teórica ( ) Na Introdução Teórica focalizar o assunto da prática NOTA : ( ) Colocar lista de materiais ( ) Descrever o procedimento prático executado ( ) Apresentar as equações utilizadas nos cálculos ( ) Colocar os Cálculos Teóricos de todos os circuitos ( ) Colocar/melhorar os desenhos dos circuitos ensaiados ( ) Descrever o funcionamento dos circuitos ensaiados ( ) Colocar Tabelas com resultados medidos x teóricos ( ) Colocar formas de ondas observadas/medidas ( ) Colocar gráfico (curva) ( ) Eixos devem estar em escala (no Excel usar Dispersão XY, não usar gráfico Colunas ou Linha) ( ) No gráfico a curva/reta é teórica ( ) No gráfico os pontos são medidos ( ) Cuidar com as unidades (A, V, Hz,, s, F, H, db, ) ( ) Cuidar com os prefixos ( p, n,, m, k, M, G, ) ( ) Colocar Conclusão ( ) Melhorar a Conclusão ( ) Comentar as diferenças entre valores teóricos e práticos ( ) Apresentar erros (em %) encontrados ( ) Comentar sobre o que foi (ou não foi) observado na prática ( ) Comentar sobre o que foi aprendido na prática ( ) ( ) UTFPR / DAELN - Prof. Sérgio Francisco Pichorim, Eletrônica Aplicada pg 1
PRÁTICA I CIRCUITOS COM DIODO (PROCEDIMENTOS E RESULTADOS) 1) Teste de continuidade de Diodos com Multímetro e Medição da Tensão de Junção Direta Inversa Vj (V) 2) Levantar a curva do Diodo 1N4148. Variar VCC de forma a medir VR e VD. Trocar/combinar resistores R (*) conforme a faixa. VR (V) R * ( ) ID (ma) 12 75 160 10,5 75 140 9 75 120 7,5 75 100 6 75 80 12 200 60 10 200 50 9 200 45 8 200 40 6 200 30 VD (V) 5 200 25 10 500 20 7,5 500 15 6 500 12 5 500 10 12 1500 8 9 1500 6 6 1500 4 4,5 1500 3 10 10000 1 10 33330 0,3 10 100000 0,1 (*) 75 = 5 x 15 (1 W), 200 = 2 x 100 (1 W), 500 = 2 x 1 k, 33330 = 33 k + 330 3) Funcionamento do Diodo em CA. Circuitos com R=1 k, 1N4148 e Vi=20 Vpp @ 1 khz. UTFPR / DAELN - Prof. Sérgio Francisco Pichorim, Eletrônica Aplicada pg 2
4) Ensaiar os circuitos Limitadores de Tensão abaixo. Circuitos com R=10 k, Rx=100 (1W), 1N4148 e Vi=20 Vpp @ 1 khz. UTFPR / DAELN - Prof. Sérgio Francisco Pichorim, Eletrônica Aplicada pg 3
PRÁTICA II - RETIFICADORES (PROCEDIMENTOS E RESULTADOS) 1) Nos 3 retificadores abaixo (Meia onda, Derivação central e Ponte) medir: a) Formas de onda (F.O.) no(s) secundário(s) e na carga b) Tensão de Pico (V2p ou Vp) c) Tensão eficaz (V2) e tensão média (Vcc) d) Período (T) e frequência (f) d) Descrever o que ocorre com a F.O. da saída, nos retificadores onda completa, quando um diodo é retirado. 2) No Meia onda com filtro abaixo, medir: a) Formas de onda (F.O.) da tensão na carga (=Vc) e da corrente no diodo (VRp), b) completando a tabela seguinte Capacitor ( F) Vp (V) Vmin (V) Vond (V) Vcc (V) ripple (%) t cond. (ms) IDp = VRp / R 4,7 10 47 100 3) Em um retificador Ponte com Filtro, escolher adequadamente os valores de RL e C para a obtenção dos seguintes ripples: Faixa r(%) RL C Vond Vcc Ripple 0,1 a 0,3 0,4 a 0,8 3 a 8 4) Nos itens 2 e 3, comparar os valores medidos com os valores calculados UTFPR / DAELN - Prof. Sérgio Francisco Pichorim, Eletrônica Aplicada pg 4
PRÁTICA III - CHAVEAMENTO (PROCEDIMENTOS E RESULTADOS) Usar um relé (pequeno) com qualquer tensão de bobina entre 5 e 12 V. 1) Medir o que é pedido e observar as regiões de operação (pontos de corte, saturação e ativa) do transistor. Usar RL = 1 k HFE = = medido com o multímetro. R1 R2 VBE IC = VRL / RL VCE REGIÃO DE OPERAÇÃO 33 k 1 k 33 k Aberto (*) Aberto (*) escolher um valor de R entre 1.500 e 3.000 vezes medido. 2) Calcular o resistor de base (RBb) para o chaveamento Relé abaixo. Para o chaveamento do LED utilizar RBa = 10 k (RLed = 330 ) B A a) Medir as F.O. de 10 Hz na base e coletor do transistor A (usar 2 canais do osciloscópio) b) Medir a F.O. de 1 Hz no coletor (Vce) do transistor B, observando os valores e o spike, para as seguintes situações: Rsn (snubber) 0 (curto) 1 k 100 k (aberto) Forma de Onda UTFPR / DAELN - Prof. Sérgio Francisco Pichorim, Eletrônica Aplicada pg 5
3) Lâmpada acionada pelo toque do dedo via transistor Darlington e relé. A fonte +Vcc depende da tensão da bobina do relé utilizado. Entrada: o toque do dedo entre os dois pontos metálicos (pequeníssima corrente). Cuidado com a ligação do circuito na rede elétrica! Descrever em detalhes o funcionamento do circuito. Observar seu funcionamento e incluir comentários no relatório. 4) PROCEDIMENTO PARA VERIFICAR O FUNCIONAMENTO DO MOSFET No circuito abaixo, variar a fonte VG conforme indicado na tabela e, para cada caso, medir as tensões VDS e VR e calcular o valor da corrente ID. VGS ( V ) VDS VR ID = VR / R 0 2 4 6 8 10 Traçar a curva de ID x VGS e comentar sobre o funcionamento do circuito. UTFPR / DAELN - Prof. Sérgio Francisco Pichorim, Eletrônica Aplicada pg 6
5) OPERAÇÃO CORTE / SATURAÇÃO PARA O MOSFET Utilizar um LED qualquer com R entre 470 e 1 k. No circuito abaixo, medir as tensões VL e VDS para as duas posições da chave. S aberta S fechada VGS VL UTFPR / DAELN - Prof. Sérgio Francisco Pichorim, Eletrônica Aplicada pg 7
PRÁTICA IV - ZENER E REGULADORES (PROCEDIMENTOS E RESULTADOS) 1) Ensaiar os circuitos Limitadores de Tensão abaixo, desenhando as formas de onda de Vo. Onde R=4,7 k, Zener de 4,7 V, D = 1N4148 e Vi=16 Vpp @ 1 khz. 2) Ensaiar o Regulador de Tensão abaixo. Onde Rs= 150, Zener de 4,7 V, carga RL= 470 e Vcc varia de 2 a 12 volts. Vcc (V) 2 4 6 8 10 12 V RL medido 3) Ensaiar o mesmo Regulador de Tensão acima. Onde Rs= 150, Zener de 4,7 V, Vcc = 12 V e RL varia de a 58,75. RL ( ) V RL medido Io (ma) = V RL / RL 470 235 (*) 156,7 117,5 94 78,3 67,1 58,75 (*) Obter os valores de RL colocando em paralelo de 2 a 8 resistores de 470. UTFPR / DAELN - Prof. Sérgio Francisco Pichorim, Eletrônica Aplicada pg 8
4) Ensaiar o Regulador de Tensão abaixo. Onde Ci= 330 nf, Co= 100 nf, carga RL= 50 (2 de 100 1W em paralelo) e Vcc varia de 2 a 12 volts. Vcc (V) 2 4 6 8 10 12 V RL medido 5) Ensaiar a Fonte de Alimentação completa abaixo. Onde o transistor é o BC 547 e RL varia de a 30. RL ( ) (*) V O medido Io (ma) = V O / RL 100 50 30 (*) Obter os valores de RL associando os resistores utilizados na prática 1, isto é: 30 = 2 x 15 (1 W), 50 = 2 x 100 (1 W) e 100 = 100 (1 W). UTFPR / DAELN - Prof. Sérgio Francisco Pichorim, Eletrônica Aplicada pg 9
PRÁTICA V - CIRCUITOS OPTOELETRÔNICOS (PROCEDIMENTOS E RESULTADOS) Materiais: Fotoacoplador: TIL 111, TIL 113, 4N25, 4N35, 4N33 ou PC817 LEDs (duas cores diferentes) MOSFET: IRF 740 ou IRF 840 Par LED e Fototransistor IR (TIL 32 e TIL 78) ou Chave Óptica 1) LEDs Projetar no circuito os resistores R1 e R2 para acender os LEDs em +12 V. Escolher uma corrente entre 5 e 15 ma. Cor do LED ILED escolhida Valor de R projetado VLED medida VR medida ILED real (= VR / R) LED 1 LED 2 Discutir sobre as diferenças entre as correntes escolhidas e as correntes reais. 2) FOTOACOPLADOR Nos circuitos abaixo aplicar em Vi um sinal do gerador de funções, usar a saída TTL/MOS e uma frequência 100 Hz. Medir com osciloscópio as saídas Vo e concluir sobre a operação dos circuitos. UTFPR / DAELN - Prof. Sérgio Francisco Pichorim, Eletrônica Aplicada pg 10
3) ACIONAMENTO DE MOSFET VIA FOTO-ACOPLADOR Projetar o resistor R para o correto acendimento do LED. Observar o estado do LED para as duas posições da chave S. Medir as tensões VGS e VL para as duas posições da chave. S aberta S fechada VGS VL Substituir a fonte de 5 V e a chave S no circuito de comando, por um sinal do gerador de funções, usar a saída TTL/MOS e uma baixa frequência (menor que 4 Hz). Observar o LED e concluir sobre a operação do circuito. 4) SENSOR ÓPTICO DE MOVIMENTO MECÂNICO Construir o circuito eletromecânico abaixo para detecção de passagem do objeto pela trajetória indicada. Observar no osciloscópio o sinal obtido na saída Vo. UTFPR / DAELN - Prof. Sérgio Francisco Pichorim, Eletrônica Aplicada pg 11
PRÁTICAS VI & VII AMPLIFICADOR OPERACIONAL (PROCEDIMENTOS E RESULTADOS) OBS: A alimentação é sempre +15 V e 15 V, em todos os circuitos! 1. Verificação do Curto Virtual. Aplicar em Vi um sinal senoidal de 1 khz com 2 Vpp e observar e desenhar os sinais nos pontos Vni e Vin (utilizar os dois canais do Osciloscópio). Vni Vin a) Existe Curto Virtual? Por que? b) Mudar no Gerador para onda Quadrada e Triangular, observando as formas de ondas nos pontos Vni e Vin. c) Modificar também a amplitude e a freqüência do sinal de entrada. Vi Vin Vni 10 k 10 k d) Retirar (abrir) o resistor de realimentação do operacional e observar os pontos Vni e Vin. O que ocorre com o circuito? 2. Aplicando o Conceito do Curto-Virtual em um circuito com Amp. Op. No circuito a baixo, determinar e medir a tensão de saída (Vo). OBS: sempre as tensões são todas referenciadas ao COMUM! Vo teórico Vni medido +5V 1 k Vo Vin medido Vo medido 15V 10k 3. Ganho e defasagem de Amplificador Inversor. Usar 2 canais para observar a defasagem entre os sinais Vo e Vi. Vi Vo Vi 10 k 100 k Av prático Av teórico Senóide 1kHz Vo Defasagem? UTFPR / DAELN - Prof. Sérgio Francisco Pichorim, Eletrônica Aplicada pg 12
4. Ganho e defasagem de Amplificador Não-inversor. Usar 2 canais para observar a defasagem entre os sinais Vo e Vi. Vi Vo Av prático Av teórico Defasagem? Senóide 1kHz Vi 3,3 k 10 k Vo 5. Projeto de Amplificadores. Amplificador Não-inversor com ganho de 20 e um amplificador Inversor com ganho 50. Desenho dos circuitos com os valores dos resistores comerciais: Registrar as Tensões Medidas (Vo e Vi), determinar os Ganhos práticos obtidos e comparar com os valores teóricos (corrigidos pelos valores comerciais!) 6. Montar e Testar um Seguidor de Tensão. Desenho do Circuito: Medir o Ganho prático sem carga: Medir o Ganho com as cargas de 1 e 10 k : 7. Máxima Excursão do Sinal de Saída. Vo pico positivo Vo pico negativo Desenhar a onda Vo e descrever o que ocorreu no circuito! 10 k 1 k Senoide 5 Vpp 1 khz Vo UTFPR / DAELN - Prof. Sérgio Francisco Pichorim, Eletrônica Aplicada pg 13
8. Medição do Slew Rate (SR = Vo / t ). Usar 2 canais para registrar as formas de ondas de entrada e saída. t Vo SR prático SR manual 10k 10k Quadrada 5 Vpp 10 khz Vo Vá aumentando a frequência da onda quadrada da entrada e observando quando Vo se torna uma onda triangular. A partir de qual frequência Vo fica triangular? f = 9. Somador de Tensão. Aplicar às entradas, conforme tabela abaixo, as tensões de +5 V, 0 V (comum), 15 V e +15 V disponíveis na Mesa Digital. Medir as tensões na saída com Multímetro. VA VB VC Vo medido Vo teórico 0 V 0 V 0 V VA 0 V +15V 0 V 10k 10k -15 V 0 V 0 V VB 5 V 5 V 0 V 10k 5 V 5 V -15 V VC 0 V 5 V -15 V 5 V 5 V +15V 10k 0 V 15 V -15 V 5 V 15 V -15 V Em algumas situações acima o valor medido não concorda com a teoria. Por que? Vo 10. Subtrator. Projetar e construir um subtrator (Vo = Va Vb) e compor uma tabela semelhante a do item anterior aplicando nas entradas várias combinações de 0V, +5 V, +15 V e/ou 15 V. Circuito: Tabela: 11. Projeto. Projetar um circuito que execute a seguinte operação matemática. Vo = 2 Va + Vb 2 Circuito projetado: Utilizando os clocks TTL da Mesa Digital, aplicar em Va um sinal de 100 Hz e em Vb um sinal de 1 khz. Registrar a forma de onda na saída (Vo). UTFPR / DAELN - Prof. Sérgio Francisco Pichorim, Eletrônica Aplicada pg 14
12. Diferenciador. Aplicar uma onda triangular de 10 Vpp nas frequências de 50, 100, 250 e 500 Hz. Desenhar as ondas de entrada e saída, medindo os valores de Vo. 10 k Gerador Vi 100 nf(*) Vo (*) Usar Poliéster. Evitar o Cerâmico. Aplicar em Vi uma onda senoidal de 10 Vpp e 100 Hz. Que tipo de onda tem a saída: senoide ou cossenoide? Comparar todos os casos com valores teóricos. 13. Fonte de Corrente. Projetar uma Fonte de Corrente (sink ou driver) com saída de 5 ma. Circuito: Medir a corrente de saída (Io) para as cargas (RL) abaixo. Qual a máxima carga RL para que a fonte de corrente ainda funcione? RL 0 47 100 470 1 k 2,2 k 4,7 k 10 k Vo (V) Io = Vo/RL 14. Projeto Extra. UTFPR / DAELN - Prof. Sérgio Francisco Pichorim, Eletrônica Aplicada pg 15
PRÁTICA VIII - COMPARADORES DE TENSÃO (PROCEDIMENTOS E RESULTADOS) OBS: A alimentação é sempre +15 V e 15 V, em todos os circuitos! 1. Ensaiar os circuitos abaixo. Utilizar CI Amp. Op. 741. Aplicar em Vi um sinal senoidal (ou triangular) de 100 Hz com 16 Vpp. Observar e desenhar os sinais nas saídas Vo (utilizar os dois canais do Osciloscópio). Medir os valores de Vi quando a saída Vo comuta de estado, isto é, Vt e Vt. Desenhar a Curva de Transferência (Vo x Vi) No último circuito, utilizar a função Display XY do osciloscópio e registrar a imagem. UTFPR / DAELN - Prof. Sérgio Francisco Pichorim, Eletrônica Aplicada pg 16
PRÁTICA IX - OSCILADORES E CI 555 (PROCEDIMENTOS E RESULTADOS) 1. Ensaiar os circuitos Osciladores abaixo. Utilizar como Amp. Op. o CI 741 com alimentação de +15 V e 15 V. Observar e desenhar os sinais Vo e Vc (utilizar os dois canais do Osciloscópio). Medir os valores de tensões pico, intervalos de tempo (t H e t L ) e frequência (f). Comparar com valores calculados. Neste último circuito ajustar o valor de R4 para satisfazer o critério de B.A = 1. Observar o que acontece quando R4 é aumentado e quando é diminuído. UTFPR / DAELN - Prof. Sérgio Francisco Pichorim, Eletrônica Aplicada pg 17
2. Oscilador (Astável) com 555 Projetar o circuito astável abaixo para que a frequência de operação seja próxima a 1 Hz com duty-cycle próximo a 75%. R1 = R2 = C1 = Observar e desenhar os sinais Vo e Vc (utilizar os dois canais do Osciloscópio). Medir os valores de tensões pico, intervalos de tempo (t H e t L ) e frequência (f). Comparar com valores calculados. 3. Temporizador (Monoestável) com 555 Projetar o circuito monoestável abaixo para que o tempo de acionamento do LED seja algo próximo a 5 segundos. R = C = UTFPR / DAELN - Prof. Sérgio Francisco Pichorim, Eletrônica Aplicada pg 18
PRÁTICA X - MODULADOR PWM (PROCEDIMENTOS E RESULTADOS) 1. Relé Básico de Estado Sólido Descrever o seu funcionamento e observar a sua operação, através da medição da tensão eficaz sobre a carga (lâmpada) com multímetro, para a chave de controle S nas suas duas posições. Rede 127 V 2. PWM (ajuste manual) com CI 555 Pode-se ligar o pino 4 diretamente no +Vcc. P na ordem de dezenas de k. Descrever o seu funcionamento e calcular C para 100 Hz < f < 500 Hz. Observar a sua operação ao varia o potenciômetro P de 0% a 100% de sua excursão. Anotar as frequências e as formas de onda em Vo(t), para P em 25%, 50% e 75%. Aplicar o sinal de saída Vo(t), no gate do MOSFET do circuito anterior (desligando S), variar a posição de P e observar o controle da potência (brilho) da carga. Medir a tensão eficaz (via multímetro) na lâmpada para P em 20%, 40%, 60% e 80%. Comentar e concluir. UTFPR / DAELN - Prof. Sérgio Francisco Pichorim, Eletrônica Aplicada pg 19