Atividade Prática: Circuitos Não Lineares com Diodos e Amplificadores Transistorizados

EAAutomação1 1 Eletrônica Analógica Prof Eng Viviana R Zurro MSc Atividade Prática 1 OBJETIVO Entender o funcionamento dos circuitos não lineares utilizando diodos Trabalhar com retificadores de meio onda e de onda completa Projetar e testar uma etapa de um amplificador transistorizado 2 MATERIAL UTILIZADO Laboratório virtual simulador Multisim wwwmultisimcom 3 INTRODUÇÃO Diodos A tensão de alimentação dos circuitos eletrônicos deve ser contínua e estável Mas a tensão fornecida pela rede elétrica é senoidal bipolar tem semiciclos positivo e negativo e a tensão de pico da onda é muito alta O valor da tensão de pico deve ser abaixado transformador ela tem que ser convertida num sinal inteiramente positivo retificador e transformada numa tensão contínua circuito do regulador Os circuitos retificadores utilizam diodos para retificar o sinal alternado anulando o semiciclo negativo retificador de meia onda ou tornando positivo o semiciclo negativo retificador de onda completa para posteriormente ser convertido em contínua por um circuito adequado para essa função Transistores O amplificador é um circuito utilizado para aumentar a potência de sinais analógicos aumentando a tensão e fornecendo corrente na saída do mesmo O amplificador transistorizado como o próprio nome diz é um sistema que usa transistores junto com outros dispositivos não ativos para amplificar o sinal de entrada Chamase transistorizado porque usa dispositivos discretos transistores mas na realidade todos os amplificadores mesmo integrados amplificadores operacionais são compostos internamente por muitos transistores que configuram os circuitos internos de amplificação O amplificador é considerado linear quando não modifica a forma de onda do sinal de entrada e a relação entre sinal de saída e sinal de entrada é determinada por uma constante ganho O amplificador pode ter ganho de tensão ganho de corrente ou ambos EAAutomação1 2 Eletrônica Analógica Prof Eng Viviana R Zurro MSc É necessário que praticamente todos os sinais analógicos sejam amplificados antes de serem processados por sistemas tanto analógicos quanto digitais e a unidade básica de amplificação é o transistor 4 PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS Veja Aula 13 linha 4 Multisim dicas para usar o simulador EXPERIÊNCIA 1 Retificador de meia onda 2 pontos Este experimento consiste em verificar o funcionamento de um circuito retificador de meia onda Verificar os sinais de entrada e saída e traçar a curva de transferência do circuito O circuito a ser montado é o seguinte Figura 1 Retificador de meia onda Métodos 1 Coloque a ponta de prova do Canal 1 no ponto 3 nó de entrada 2 Coloque a ponta de prova do Canal 2 no ponto vo nó de saída 3 Rode a simulação e verifique as formas de onda dos dois canais 4 Coloque no relatório um print da tela com os sinais de entrada e saída 5 025 ponto Explique o resultado e justifique a forma de onda de saída fazendo análise do funcionamento do circuito 6 025 ponto Preencha a Tabela 1 EAAutomação1 3 Eletrônica Analógica Prof Eng Viviana R Zurro MSc Tabela 1 Sinais de entrada e saída de um retificador de meia onda Parâmetro V1 Vo Tensão pico a pico V Frequência Hz Curva de transferência 7 Verifique o procedimento de medição na Aula 13 linha 4 arquivo Multisim Curvas de transferência 8 1 ponto Siga o passo a passo indicado nesse arquivo e preencha a Tabela 2 9 05 ponto Com os dados da tabela monte o gráfico da curva de transferência 𝑣𝑜𝑣𝑖 Tabela 2 Curva de transferência de um retificador de meia onda Vi V valores exemplo VoV 10 8 6 4 2 0 2 4 6 8 10 𝑣𝑜 𝑣𝑖 EAAutomação1 4 Eletrônica Analógica Prof Eng Viviana R Zurro MSc EXPERIÊNCIA 2 Retificador de onda completa 2 pontos Figura 2 Retificador de onda completa Métodos 1 Coloque a ponta de prova do Canal 1 no ponto 3 nó de entrada 2 Coloque a ponta de prova do Canal 2 no ponto vo nó de saída 3 Rode a simulação e verifique as formas de onda dos dois canais 4 Coloque no relatório um print da tela com os sinais de entrada e saída 5 025 ponto Explique o resultado e justifique a forma de onda de saída fazendo análise do funcionamento do circuito 6 025 ponto Preencha a Tabela 3 Tabela 3 Sinais de entrada e saída de um retificador de onda completa Parâmetro V1 Vo Tensão pico a pico V Frequência Hz Curva de transferência 7 Verifique o procedimento de medição na Aula 13 linha 4 arquivo Multisim Curvas de transferência 8 1 ponto Siga o passo a passo indicado nesse arquivo e preencha a Tabela 4 9 05 ponto Com os dados da tabela monte o gráfico da curva de transferência 𝑣𝑜𝑣𝑖 EAAutomação1 5 Eletrônica Analógica Prof Eng Viviana R Zurro MSc Tabela 4 Curva de transferência de um retificador de onda completa Vi V valores exemplo VoV 10 8 6 4 2 0 2 4 6 8 10 𝑣𝑜 𝑣𝑖 EAAutomação1 6 Eletrônica Analógica Prof Eng Viviana R Zurro MSc EXPERIÊNCIA 3 Ceifador em um nível 2 pontos Ajuste a Fonte V1 a um valor de tensão igual ao terceiro número do seu RU Exemplos o RU1845635 ajuste a fonte variável para que tenha 4V na saída o Se seu terceiro número do RU for igual a zero ajuste a tensão de V1 para 3V RU1304545 V13V Figura 3 Ceifador em um nível Métodos 1 Coloque a ponta de prova do Canal 1 no ponto 1 nó de entrada 2 Coloque a ponta de prova do Canal 2 no ponto vo nó de saída 3 Rode a simulação e verifique as formas de onda dos dois canais 4 05 ponto Coloque no relatório um print da tela com os sinais de entrada e saída 5 05 ponto Explique o resultado e justifique a forma de onda de saída fazendo análise do funcionamento do circuito Curva de transferência 6 Verifique o procedimento de medição na Aula 13 linha 4 arquivo Multisim Curvas de transferência 7 075 ponto Siga o passo a passo indicado nesse arquivo e preencha a Tabela 5 8 025 ponto Com os dados da tabela monte o gráfico da curva de transferência 𝑣𝑜𝑣𝑖 EAAutomação1 7 Eletrônica Analógica Prof Eng Viviana R Zurro MSc Tabela 5 Curva de transferência de um ceifador em um nível Vi V valores exemplo VoV 16 14 12 10 8 6 4 2 2 4 6 8 10 12 14 16 𝑣𝑜 𝑣𝑖 EAAutomação1 8 Eletrônica Analógica Prof Eng Viviana R Zurro MSc EXPERIÊNCIA 4 Polarização do transistor Dados do transistor e Fórmulas 4 pontos 𝛽 250 e VBE 07V 𝑉𝐶𝐸 𝑉𝐶𝐶 2 𝐼𝐶 𝛽𝐼𝐵 𝐼𝐸 𝐼𝐶 𝐼𝐵 𝐴𝑉 𝑣𝑜 𝑣𝑖 𝑅𝐶 𝑅𝐸 2 pontos Considerando a alimentação Vcc 15V projetar a etapa de entrada para ter um ganho AV 5o número do seu RU Se o quinto número for 0 ou 1 adotar Av 2 Adotar os resistores necessários e calcular os outros em função deles Para os resistores calculados adotar o resistor de valor comercial mais próximo exemplo se o resistor calculado foi de 30kΩ adotar 27kΩ ou 33kΩ não tem problema em adotar um ou o outro Calcular o restante dos resistores usando estes valores comerciais Sugestão adotar Re 1KΩ e R2 10KΩ Coloque todos os cálculos no relatório Será descontada nota se os cálculos não estiverem no mesmo Circuito de polarização Figura 4 Circuito de polarização de um transistor NPN Métodos 1 Coloque os capacitores de bloqueio de continua filtros C1 e C2 na entrada e na saída do amplificador O capacitor C1 é necessário para que o sinal de contínua de polarização da etapa anterior não tire o amplificador do seu ponto de operação O capacitor C2 na saída serve para que o sinal de contínua de VCE IE IC IB EAAutomação1 9 Eletrônica Analógica Prof Eng Viviana R Zurro MSc polarização desta etapa não apareça na etapa posterior Os dois capacitores bloqueiam a tensão contínua mas deixam passar o sinal a ser amplificado Figura 6 2 Ajuste o Gerador de sinais para fornecer um sinal senoidal de 1V de tensão de pico a pico aproximado com uma frequência aproximada de 1kHz aproximada 3 Coloque este sinal na entrada do amplificador transistorizado como mostra a Figura 6 e verifique na tela do simulador os sinais de entrada e saída Canal 1 CH1 sinal de entrada e Canal 2 CH2 sinal de saída Figura 5 Montagem do circuito para teste do transistor como amplificador 4 Rode a simulação e mostre num gráfico os sinais de entrada e saída Os sinais deverão ficar parecidos com os mostrados na Figura 7 a 05 ponto Coloque os sinais obtidos no relatório CH2 CH1 EAAutomação1 10 Eletrônica Analógica Prof Eng Viviana R Zurro MSc Figura 6 Sinais de entrada e saída de um amplificador transistorizado na configuração emissor comum polarizado em Classe A O sinal de saída está invertido porque o amplificador é inversor e tem ganho negativo 5 Varie o formato amplitude forma de onda e frequência do sinal de entrada e verifique o sinal de saída A resposta do sistema é linear Porque Pesquise a 05 ponto Aumente a amplitude do sinal de entrada para 10V pico a pico O que acontece com o sinal de saída se o sinal de entrada é grande Porque Pesquise b 05 ponto Usando os valores de pico a pico dos sinais de entrada e saída calcule o ganho de tensão 𝐴𝑉 𝑣𝑜 𝑣𝑖 e preencha a Tabela 6 c 05 ponto Compare o ganho medido com o ganho calculado e explique o resultado Pode ser ligeiramente diferente explique por quê Tabela 6 Ganho de tensão de um amplificador transistorizado na configuração emissor comum polarizado em Classe A AVcalculado 𝑹𝒄 𝑹𝒆 AVmedido 𝒗𝒐 𝒗𝒊