Apostila Lab Fund v4.4

CENTRO UNIVERSITÁRIO DA FEI

APOSTILA

Laboratório de

Fundamentos de

Eletrônica

EL8210 / NEA210

CENTRO UNIVERSITÁRIO da FEI - v4.4 (fevereiro/2013)

APOSTILA DE LABORATÓRIO (v4.4) - EL8210/NEA210 ii

Índice

1a Experiência: "Uso de Instrumentos - Multímetro e Osciloscópio" .................03

2a Experiência: "Diodos e LEDs" ...........................................................................08

3a Experiência: "Circuitos Retificadores de Meia e Onda Completa" ................15

4a Experiência: "Circuito Básico de uma Fonte de Alimentação cc" ..................20

5a Experiência: "Circuito Monoestável com o LM555" .......................................25

6a Experiência: "Circuito Astável com o LM555" ................................................33

7a Experiência: "O TBJ Funcionando como Chave" ............................................43

8a Experiência: "Circuitos Inversor e Não-inversor com o Amp Op" ................46

9a Experiência: "Circuitos Integrador e Diferenciador com o Amp Op" ...........52

10a Experiência: "Conversor Digital/Analógico (D/A)" .......................................59

11a Experiência: "Sensores Eletrônicos" ...............................................................66

APOSTILA DE LABORATÓRIO (v4.4) - EL8210/NEA210 – 1ª EXPERIÊNCIA 3

1a Experiência: "Uso de Instrumentos - Multímetros e Osciloscópio"

NOMES DOS INTEGRANTES DO GRUPO NÚMEROS

1.

2.

3.

4.


EL8210/NEA210 - Relatório de Fundamentos de Eletrônica - Laboratório

Prof º.: ________________ Turma:______ Bancada nº:____

Data de entrega: ____ / ____ / _____

Relatório: ACEITO RECUSADO CORRIGIR


I. Objetivos Familiarização e uso de instrumentos de medidas - voltímetros e osciloscópio - em circuitos

operando em regime de corrente contínua "cc" (dc - direct current) e corrente alternada "ca" (ac - alternating current).

Estudo e análise dos resultados provenientes das medidas realizadas através dos voltímetros - digital e analógico - e do osciloscópio utilizados em circuitos operando em regime cc e ca.

II. Lista de Material • 01 Osciloscópio duplo canal Tektronix TDS 210 com 02 pontas de prova • 01 Fonte Minipa "simples" com seus respectivos cabos de força e ligação banana-jacaré • 01 Multímetro Analógico com ponta de prova • 01 Multímetro Digital Minipa ET 2600 com ponta de prova • 01 transformador 110V × 6-0-6V • 06 cabos banana-banana III. Informações Teóricas: O conceito de Fator de Forma Um voltímetro analógico utiliza como transdutor de tensão elétrica para deslocamento angular (de um ponteiro) um galvanômetro de bobina móvel. Para este tipo de galvanômetro, esse deslocamento é diretamente proporcional ao valor médio do sinal de tensão (ou de corrente) medido. Se for desejada a medida do valor eficaz de uma tensão senoidal, conclui-se que o galvanômetro por si só não fornecerá um valor correto, pois, o valor médio de um sinal senoidal é simplesmente nulo (medida nula). Portanto, nos voltímetros analógicos ca, utiliza-se um circuito retificador de meia onda para eliminar um dos semiciclos do sinal senoidal (vide figura abaixo). Então, esse sinal não mais terá um valor médio nulo, sendo conhecido como senóide retificada em meia onda (vO). O funcionamento dos circuitos retificadores será abordado em detalhes nas aulas de teoria. Em relação ao valor de pico (Vp) da senóide retificada em meia onda, demonstra-se que o valor médio é dado por π=== pMÉDIOCCDC VVVV . Portanto, como o galvanômetro do voltímetro ca medirá o

valor médio da tensão senoidal retificada em meia onda (vO) e não o valor eficaz da senóide (vI), será necessário utilizar um fator de correção. Se para um sinal senoidal, demonstra-se que o valor

eficaz é dado por 2VVV pefRMS == , a relação MÉDIOef VV é conhecida por Fator de Forma

que resulta:

22,2V

2V

retificadasenóidedamédiovalor

senóidedaeficazvalorFormadeFator

p

p ≅π

==

Observe que esta relação somente é válida para sinais com formato puramente senoidal aplicados em retificadores de meia onda (admitindo que o diodo do circuito seja ideal).

D R vO vI

Vp

0

vI

t

–Vp

Vp

0

vO

t


IV. Parte Prática 1. Medida de tensão contínua constante 1.1. Montar o circuito da figura 1 ajustando a fonte de tensão contínua (constante) para 12V.

Figura 1 – Circuito para medida de tensão com o auxilio de voltímetro ou de osciloscópio.

1.2. Com o auxílio dos multímetros analógico e digital, medir a tensão entre os pontos A e B (VAB) para os instrumentos ajustados nas escalas de "volts cc" e "volts ca", preenchendo a tabela I.

Tabela I – Uso de Multímetros

Escala do Instrumento

VAB [V] (analógico)

VAB [V] (digital)

VAB [Veficaz] (valor teórico)

VAB [Vmédio] (valor teórico)

"volts cc" 12 12 "volts ca"

Complete as frases a seguir:

A medida de uma tensão contínua constante com o multímetro analógico ajustado para volts ca resultou ___________________ por causa do fator de forma.

Calcule o fator de forma e anote-o a partir das medidas efetuadas com o multímetro analógico:

Fator de Forma (prático) = ccvoltsdeescalanamedidaV

cavoltsdeescalanamedidaV

AB

AB = ________

A medida de uma tensão contínua constante com o multímetro digital ajustado para volts ca, resultou ___________________ porque nesta condição ele não lê o valor médio de um sinal. 1.3. Ajuste o osciloscópio (por exemplo, use o canal 1 – CH1) para acoplamento cc pressionando a

tecla CH1/menu e buscando no lado direito da tela a indicação do tipo de acoplamento feito – para alterá-lo basta pressionar a tecla ao lado. Verifique ainda na tela o ajuste do tipo de ponta de prova, escolhendo a opção 1× (ponta de prova não atenuadora). Utilize a tecla AUTOSET (ou "AUTO-SCALE" dependendo do osciloscópio recebido) para um ajuste imediato da forma de onda na tela do osciloscópio (acerto automático das escalas vertical e horizontal).

1.4. Medir a tensão VAB (de pico, pico a pico e médio), preenchendo a tabela II (pressione a tecla

MEASURE para obter diretamente na tela várias medidas). Desenhar também a forma de onda observada devidamente cotada em amplitude.

B

12V

A

INSTRUMENTO DE MEDIDA


Tabela II – Uso de Osciloscópio

valores medidos valores teóricos Vpico [Vp] 12 Vpico a pico [Vpp] 0 Vmédio [V] 12 Período [s] ∞∞∞∞ Frequência [Hz] 0

Forma de onda observada com o osciloscópio

2. Medida de tensão alternada senoidal 2.1. Para o circuito da figura 2 medir a tensão VAB com os multímetros analógico e digital nas

escalas de "volts cc" e "volts ca", preenchendo a tabela III. Como o transformador opera em vazio (isto é, sem carga), assuma que o valor teórico esperado seja o valor nominal (6Veficazes) + 20%. NÃO OPERAR O MULTÍMETRO ANALÓGICO EM ESCALA INFERIOR A 10V

Figura 2 – Circuito para medida de VAB com o auxilio de voltímetro e osciloscópio.

Tabela III – Uso de Multímetros

Escala do Instrumento

VAB [V] (analógico)

VAB [V] (digital)

VAB [Veficaz] (valor teórico)

VAB [Vmédio] (valor teórico)

"volts cc" 7,2 0 "volts ca"

Complete a frase a seguir:

Como o valor médio de uma senóide é ______________, a tensão medida pelos multímetros ajustados em "volts cc" deve ser ________________.

VAB (V)

t (s) 0

A

B

rede 127Veficazes

60Hz


2.2. Utilizando o osciloscópio ajustado para acoplamento cc medir a tensão VAB (de pico, pico a pico e médio), bem como seu período e frequência, preenchendo a tabela IV. Desenhar a forma de onda de VAB devidamente cotada em amplitude e tempo.

2.3. Completar o preenchimento da tabela IV com os valores teóricos esperados.

Tabela IV – Uso de Osciloscópio

valores medidos valores teóricos Vpico [Vp] Vpico a pico [Vpp] Vmédio [V] Período [s] Frequência [Hz]

Forma de onda observada com o osciloscópio

V. Conclusões

0

VAB (V)

t (s)


2a Experiência: "Diodos e LEDs"


1.

2.

3.

4.




Data de entrega: ____ / ____ / _____

Relatório ACEITO RECUSADO CORRIGIR


I. Objetivos Familiarização e uso de diodos de uso geral e polarização de diodos emissores de luz - LEDs. Análise de circuitos com diodos e avaliação dos resultados obtidos. II. Lista de Material - 01 Fonte Minipa "simples" com seus respectivos cabos de força e ligação banana-jacaré - 01 Multímetro Digital Minipa ET 2600 com ponta de prova - 01 "protoboard" - 01 LED verde, vermelho e amarelo - 01 diodo 1N4007 ou equivalente - 01 resistor de 39Ω x 5 W - 01 resistor de 100Ω, 120Ω, 220Ω e 470Ω - 01 capacitor de 4700µF x 16V - 01 lâmpada de 6V x 3W com soquete e fios para ligação - fios para ligações - cabos banana-banana III. Informações Teóricas Breve Revisão de Resistores Os resistores são bipolos passivos, construídos com a finalidade de limitar a corrente elétrica entre dois pontos de um circuito. O resistor não deve ser confundido com a resistência elétrica, pois este trata-se de um componente eletrônico enquanto a resistência elétrica é um fenômeno físico. Componente: Símbolo:

Código de cores dos resistores A leitura do valor nominal dos resistores é dada através do código de cores. Os resistores podem apresentar 4 ou 5 faixas coloridas. No resistor com 5 faixas, as 3 primeiras faixas indicam valores significativos, a 4ª indica o valor multiplicativo (número de zeros) e a 5ª, a tolerância. No caso do resistor com 4 faixas, a leitura é praticamente igual, porém existem apenas 2 faixas que indicam os valores significativos. A seguir está a tabela de código de cores para resistores.


Tabela I - Códigos de cores e seus respectivos valores.

"4 faixas"

1ª faixa Valor

significativo

2ª faixa Valor

significativo

3ª faixa Multiplicador

4ª faixa Tolerância

"5 faixas"

1ª faixa Valor

significativo

2ª e 3ª faixas Valor

significativo

4ª faixa Multiplicador

5ª faixa Tolerância

Preto - 0 x 1 - Marrom 1 1 x 10 ±±±±1% Vermelho 2 2 x 102 ±±±±2% Laranja 3 3 x 103 - Amarelo 4 4 x 104 - Verde 5 5 x 105 - Azul 6 6 x 106 -

Violeta 7 7 - - Cinza 8 8 - - Branco 9 9 - - Ouro - - - ±±±±5% Prata - - - ±±±±10%

Exemplos: - marrom, preto, marrom, ouro : 100Ω ± 5% - amarelo, violeta, laranja, prata : 47kΩ ± 10% - vermelho, verde, azul, ouro : 25MΩ ± 5%

Principais prefixos numéricos: - Quilo ( k ) = 1000 = 1E3: exemplo 5,6kΩ - Mega ( M ) = 1000000 = 1E6: exemplo 10MΩ

Apesar de não ser uma exigência decorar o código de cores, existem frases que facilitam esse processo. Uma delas é Papai e Mamãe Vão Lá Amanhã Ver A Vovó Cozinhar Bananas Ouro e Prata. Notem que as iniciais das palavras nessa frase correspondem às iniciais das cores na ordem que as mesmas aparecem na tabela. Apesar de ser possível pela aplicação da tabela obter resistores de qualquer valor, na prática isso não ocorre. Existem valores comerciais típicos como os mostrados na tabela abaixo, incluindo a partir daí os seus múltiplos (valores x 10, x 100, x 1000, etc).

Valor nominal (Ω): 1 1,2 1,5 1,8 2,2 2,7 3,3 3,9 4,7 5,6 6,8 8,2 9,1

Qualquer valor diferente só será possível através da associação de resistores (em série ou paralelo) ou com potenciômetros, componente este que veremos a seguir. Descrição dos diodos e LEDs

a. O diodo: Componente: Símbolo: K

(catodo) A

(anodo) A K


(-) (+)

b. O LED:

Componente: Símbolo:

K (-) A (+)

III. Parte Prática O uso do "protoboard" (matriz de contatos) As figuras abaixo esclarecem o uso de um "protoboard" típico (as linhas contínuas mostram como os pontos para inserção dos terminais dos componentes estão conectados).

Estrutura típica Conexões elétricas IV. Parte Prática 1. Verificação da funcionalidade do diodo 1.1. Monte o circuito 1 e observe se a lâmpada acende. 1.2. Repetir o procedimento do item 1.1 para o circuito 2.

(Circuito 1) (Circuito 2) Complete as frases a seguir:

No circuito 1 a lâmpada _____________ porque o diodo está polarizado _______________. No circuito 2 a lâmpada _____________ porque o diodo está polarizado _______________.

K – terminal mais curto ou mais próximo do chanfro A – terminal mais longo

5V

6V x 3W

K

A

5V

6V x 3W

A

K


2. Verificação da funcionalidade do LED 2.1. Monte o circuito 3 (não se esqueça do resistor de 100Ω), observando se o LED acende. 2.2. Meça os valores de VR e VLED anotando-os na tabela II. Termine de preencher a tabela

calculando a corrente para cada circuito (I = VR/100). 2.3. Repetir o procedimento dos ítens 2.1 e 2.2 para o circuito 4.

(Circuito 3) (Circuito 4)

Tabela II - Valores experimentais dos circuitos 3 e 4.

VR (V) VLED (V) I = VR/100 (A)

Circuito 3

Circuito 4

Complete as frases a seguir:

No circuito 3 o LED _____________ porque o mesmo está polarizado _______________. No circuito 4 o LED _____________ porque o mesmo está polarizado _______________. 2.4. Montar o circuito 5 (montagem dos LEDs em série) e observar o acendimento dos LEDs.

(Circuito 5) (Circuito 6)

verde vermelho amarelo

R1

120ohm

V1

9V

verde vermelho amarelo

V2

6V

R2

39ohm120Ω 39 ou 33Ω

5V

100 ohm

A

K

5V

100 ohm

K

A

I I

VLED

100Ω 100Ω

VR

VLED

VR


2.5. Inverta a polaridade do LED vermelho e observe o que ocorre. Complete a frase a seguir. Após inverter a polaridade do LED vermelho este ________________ enquanto que os outros

dois ______________________________________________. Isto ocorre porque na montagem em

série a corrente é _________________ em todos os bipolos.

2.6. Montar o circuito 6 (montagem dos LEDs em paralelo) e observar o acendimento dos LEDs. 2.7. Repetir o item 2.5. Após inverter a polaridade do LED vermelho este ________________ enquanto que os outros

dois ______________________________________________. Isto ocorre porque na montagem em

paralelo a tensão é _________________ em todos os bipolos.

2.8. Neste item será verificada a descarga de um capacitor por meio do acendimento de um LED

(observe o circuito 7). Assim, é necessário que o capacitor seja primeiramente carregado (chave na posição A) para a posterior descarga (chave na posição B).

(Circuito 7)

Monte o circuito 7, prestando atenção nas polaridades do capacitor e do LED (a chave será simplesmente um fio manualmente conectado em A ou B). Com a chave na posição A, aguarde alguns instantes (no mínimo por um tempo tc) para o capacitor carregar. Em seguida, passe a chave para a posição B e observe o que ocorre com o LED. A figura a seguir auxilia na montagem do circuito no "protoboard".

470Ω 220Ω

5V

4700µF

A B

+

+

–

470Ω 220Ω

A B À fonte cc

de 5V


Complete a frase a seguir: Ao passar a chave da posição A para a B notou-se que o LED inicialmente _________________

para posteriormente _______________________ de forma gradual devido ao processo de

____________________ do capacitor.

2.9. Calcular os tempos de carga (tc) e descarga do capacitor (td) e anote-os nos espaços abaixo. O

tempo de carga ou descarga de um capacitor pode ser calculado por t ≅ 4 R C [s], sendo R a resistência em Ohm (Ω) do resistor série (470Ω na carga e 220Ω na descarga) e C a capacitância em Farad (F).

Cálculo do tempo de carga:

tc = ____________s

Cálculo do tempo de descarga:

td = ____________s

V. Conclusões


3a Experiência: "Circuitos Retificadores de Meia Onda e Onda Completa"


1.

2.

3.

4.




Data de entrega: ____ / ____ / _____



I. Objetivos Familiarização prática dos diversos circuitos retificadores estudados em sala de aula:

retificadores de meia onda e onda completa. Analisar as algumas formas de onda provenientes dos circuitos retificadores em estudo bem

como a determinação de alguns parâmetros de cada circuito analisado. II. Lista de Material • 01 Osciloscópio Tektronix TDS 210 com 02 pontas de prova • 01 Placa Didática "Circuitos Retificadores" • 01 Multímetro Digital Minipa ET 2700 com pontas de prova • 02 resistores de 10Ω x 1 W • 01 resistor de 1kΩ • 01 capacitor eletrolítico de 470µF x 50V • 06 cabos banana-banana

III. Parte Prática 1. Circuito retificador de meia onda 1.1. Utilizando a placa didática, montar o circuito da figura 1.

Figura 1 – Circuito retificador de meia onda. 1.2. Com o auxílio do multímetro ajustado na escala para a medida de tensões contínuas cc, medir

o valor médio da tensão no secundário do transformador e na carga, preenchendo a coluna correspondente da tabela I. Complete-a com os valores de pico calculados a partir da medida do valor médio da tensão na carga. Lembre que: π≅ RLpicoRLmédio VV e 7,0VV RLpicoSpico +≅

Tabela I – Retificador de meia onda (sem filtragem capacitiva)

valor médio (medido) valor de pico (calculado) vS (V) vRL (V)

rede 127Vef 60Hz

RL= 1kΩ

RS= 10Ω

vRL vS

T

R D


1.3. Utilizando o osciloscópio com acoplamento cc, obter as formas de ondas de vS(t) e vRL(t), desenhando-as sincronizadas no tempo (eixos abaixo) e cotadas (indique os valores de pico), para cada forma de onda medida.

Preparação do osciloscópio: Para ajustar o canal 1, pressione a tecla CH1/menu e busque no lado direito da tela a indicação do tipo de acoplamento feito – para alterá-lo basta pressionar a tecla ao lado. Verifique ainda na tela o ajuste do tipo de ponta de prova, escolhendo a opção 1× (ponta de prova não atenuadora). Repita esta operação para o canal 2, isto é, pressione a tecla CH2/menu e... Após conectar as pontas de prova nos pontos de medida, pressione a tecla AUTOSET (ou "AUTO-SCALE" dependendo do osciloscópio recebido) para um ajuste imediato das formas de onda na tela do osciloscópio (acerto automático das escalas vertical e horizontal). IMPORTANTE: Nunca ligue "os terras" (conector na cor PRETA) das pontas de prova em nós distintos do circuito (sugestão: ligue apenas um dos terras no circuito ou mantenha-os "sempre juntos").

Obs: fique atento aos valores de pico medidos com o osciloscópio, pois, devem corresponder

(aproximadamente) aos anteriormente calculados (tabela I).

1.4. Em seguida, acrescentar em paralelo à carga RL, um capacitor de 470µF conforme mostra a

figura 2. Cuidado com a polaridade do capacitor.

Figura 2 – Circuito retificador de meia onda com filtro capacitivo.

rede 127Vef 60Hz

RL= 1kΩ

RS= 10Ω

vRL vS

D

C 470µF

R

T

vs (V)

vRL (V)

t (s)

t (s)

0

0


1.5. Observe com o osciloscópio (ainda em acoplamento cc) a forma de onda de vRL e complete as

frases a seguir:

A forma de onda de vRL ficou com um formato aproximado de uma ___________ porque o

capacitor acrescentado forneceu corrente à carga (RL) quando o diodo ____________________.

A capacitância não pode ser excessivamente elevada por conta do risco de queima do diodo por

conta do excesso (surto) de corrente ao ligar o circuito (capacitor totalmente descarregado).

Por outro lado, uma capacitância muito baixa acarreta numa rápida __________________ do

capacitor resultando em um "ripple" _______________________.

1.6. Observe novamente a forma de onda de vRL, mas desta vez, com o osciloscópio ajustado para acoplamento ca. Pressione a tecla AUTOSET e meça a tensão de "ripple" de pico a pico na carga.

VRLripple = ____________ V 2. Circuito retificador de onda completa - com dois diodos 2.1. Montar o circuito da figura 3, utilizando a placa didática.

Figura 3 – Circuito retificador de onda completa com dois diodos.

2.2. Com o auxílio do multímetro ajustado na escala para a medida de tensões contínuas cc, medir o valor médio da tensão no secundário do transformador (entre R e T ou entre S e T) e na carga, preenchendo parte da tabela II. Complete-a com os valores de pico calculados a partir da medida do valor médio da tensão na carga. Para o cálculo, lembre que:

π≅ RLpicoRLmédio V2V e 7,0VV RLpicoSpico +≅

Tabela II – Retificador de onda completa (sem filtragem capacitiva)

valor médio (medido) valor de pico (calculado) vS (V) vRL (V)

RL vRL

D1

vS

D2

rede 127Vef 60Hz

S

R

1kΩ

RS2=10Ω

RS1=10Ω

vS

T


2.3. Utilizando-se o osciloscópio com acoplamento cc, desenhar a forma de vRL(t) nos eixos abaixo, indicando o valor de pico (isto é, forma de onda cotada em amplitude).

Obs: fique atento ao valor de pico medido com o osciloscópio, pois, deve corresponder

(aproximadamente) ao anteriormente calculado (tabela II).

2.4. Em seguida, acrescentar em paralelo à carga RL, um capacitor de 470µF conforme mostra a

figura 4. Cuidado com a polaridade do capacitor.

Figura 4 – Circuito retificador de onda completa com filtro capacitivo. 2.5. Apenas observe com o osciloscópio (ainda em acoplamento cc) a forma de onda de vRL.

Obs: Note, que o efeito da fitragem capacitiva é em linhas gerais, idêntico ao que ocorreu para o circuito de meia onda. Então, as frases completadas no item 1.5 também se aplicam a este caso. 2.6. Observe novamente a forma de onda de vRL, mas desta vez, com o osciloscópio ajustado para

acoplamento ca. Pressione a tecla AUTOSET e meça a tensão de "ripple" de pico a pico na carga.

VRLripple = ____________ V Complete a frase a seguir: Este valor de "ripple" é __________ que o do item 1.6 porque sua frequência é o __________

da frequência da rede, isto é, o capacitor de filtragem tem ___________ tempo para se

descarregar.

IV. Conclusões

vRL (V)

t (s) 0

C 470µF

RL

D1

vS

D2

rede 127Vef 60Hz

S

R

1kΩ

RS2=10Ω

RS1=10Ω

vS

T vRL


4a Experiência: "Circuito Básico de uma Fonte de Alimentação cc"


1.

2.

3.

4.




Data de entrega: ____ / ____ / _____



I. Objetivos Familiarização prática de circuitos básicos utilizados na construção de fontes de alimentação cc. II. Lista de Material • 01 Osciloscópio Tektronix TDS 210 com 02 pontas de prova • 01 "protoboard" com fios para ligação • 01 transformador 110V x 6-0-6V • 01 LM7805 • 01 ponte de diodos SKB 1,2 / 1,2 • 01 diodo zener 1N4735AP – 6,2V x 1W • 01 capacitor eletrolítico de 470µF x 50V • 01 capacitor de 0,1µF • 01 resistor de 180Ω x 1W • 01 resistor de 560Ω • 06 cabos banana-banana Identificação de terminais do diodo zener (A → anodo, K → catodo):

Componente: Símbolo: III. Parte Prática 1. Fonte de alimentação cc com regulador zener paralelo 1.1. Montar o circuito da figura 1a. Para a montagem em "protoboard" sugere-se seguir as

indicações da figura 1b.

Figura 1a – Fonte regulada de tensão com regulador zener paralelo.

Figura 1b – Sugestão de montagem em "protoboard".

A K A K

Ponte retificadora integrada

vO

180Ω

RL

560Ω 470µF

Zener 6,2V

vC

+ – rede

127Vef 60Hz

~

~

Ao secundário do

transformador

560Ω

180Ω

+

– ~ ~


1.2. Medir com o auxílio do osciloscópio, ajustado para acoplamento cc, as formas de ondas de vC e v0. Desenhá-las cotadas em amplitude (eixos a seguir).

Preparação do osciloscópio: Para ajustar o canal 1, pressione a tecla CH1/menu e busque no lado direito da tela a indicação do tipo de acoplamento feito – para alterá-lo basta pressionar a tecla ao lado. Verifique ainda na tela o ajuste do tipo de ponta de prova, escolhendo a opção 1× (ponta de prova não atenuadora). Repita esta operação para o canal 2, isto é, pressione a tecla CH2/menu e... Após conectar as pontas de prova nos pontos de medida, pressione a tecla AUTOSET (ou "AUTO-SCALE" dependendo do osciloscópio recebido) para um ajuste imediato das formas de onda na tela do osciloscópio (acerto automático das escalas vertical e horizontal). IMPORTANTE: Nunca ligue "os terras" (conector na cor PRETA) das pontas de prova em nós distintos do circuito (sugestão: ligue apenas um dos terras no circuito ou mantenha-os "sempre juntos"). Obs: relembrando a experiência anterior, a tensão de "ripple" (ondulação) resultará bastante pequena em relação ao nível médio. Portanto, com o osciloscópio ajustado para acoplamento cc, será visualizada uma tensão praticamente contínua constante (quase uma reta horizontal, principalmente para vO).


Notou-se que a tensão vC é ___________ que a tensão vO (que é a própria tensão zener). Caso contrário, não haveria a correta polarização do diodo zener.

1.3. Medir a tensão de "ripple" de pico a pico de vC e de vO, com o osciloscópio ajustado para

acoplamento ca (assim, o nível médio do sinal não será mais medido, podendo-se diminuir a escala vertical do osciloscópio – simplesmente pressione a tecla AUTOSET). Anote os valores medidos.

VCripple = ____________ V VOripple = ____________ V Complete a frase a seguir:

Naturalmente, VOripple resultou __________ que VCripple porque esta é a função do estágio

estabilizador.

0

0

vC (V)

vO (V)

t (s)

t (s)


1.4. Retire do "protoboard" APENAS o diodo zener e o resistor de 180Ω. Os demais componentes serão utilizados na próxima montagem.

2. Fonte de alimentação cc com regulador integrado LM7805 2.1. Montar o circuito da figura 2a. Para a montagem em "protoboard" sugere-se seguir as

indicações da figura 2b, reaproveitando parte da montagem anterior.

Figura 2a – Fonte regulada de tensão com o regulador integrado LM7805.

Figura 2b – Sugestão de montagem em "protoboard".

• Obs: pino 1 → IN (input), pino 2 → GND (ground), pino 3 → OUT (output) 2.2. Medir com o auxílio do osciloscópio, as formas de ondas em vC e vO com o osciloscópio

ajustado para acoplamento cc. Desenhá-las sincronizadas no tempo e cotadas, indicando os seus pontos notáveis.

7805

1 2 3

vO

7805

RL

560Ω C1

470µF

1

vC

– + rede

127Vef 60Hz

~

~

2

3

Ponte retificadora integrada

C2 0,1µF

Ao secundário do

transformador

560Ω +

– ~ ~

7805 1 2 3

C1 C2


2.3. Medir a tensão de "ripple" de pico a pico de vC e de vO, com o osciloscópio ajustado para

acoplamento ca (assim, o nível médio do sinal não será mais medido, podendo-se diminuir a escala vertical do osciloscópio – simplesmente pressione a tecla AUTOSET). Anote os valores medidos.

VCripple = ____________ V VOripple = ____________ V

Obs: a comparação qualitativa entre os valores das tensões de "ripple" na entrada e saída do

estabilizador com CI deve resultar idêntica a do item 1.3 inclusive a correspondente justificativa.

IV. Conclusões

0

0

vC (V)

vO (V)

t (s)

t (s)


5a Experiência: "Circuito Monoestável com o LM 555"


1.

2.

3.

4.




Data de entrega: ____ / ____ / _____



I. Objetivos Familiarização de circuitos temporizadores, do tipo monoestável, através da montagem de um

circuito prático e amplamente utilizado comercialmente: a minuteria. II. Lista de Materiais - 01 Placa Didática – Digitais I com "sonoalarme" - 01 resistor de 270kΩ - 02 resistores de 100kΩ - 01 capacitor de: 22µF e 47µF (todos de 16V) - 01 cronômetro digital - 01 módulo com sensor de presença - 01 módulo com interruptor (campainha residencial) com bornes banana-banana. - cabos banana-banana - fios para ligações III. Informações Teóricas Circuito integrado 555 Um circuito temporizador tem diversas aplicações, por exemplo, na atuação de sistemas de iluminação de escadas/halls de edifícios. Assim, utiliza-se um sistema chamado minuteria, que funciona como um temporizador. Uma das possibilidades de implementação de um temporizador reside no uso do circuito integrado (CI) 555 (temporizador 555).

Este CI é de baixo custo, estável e de fácil utilização. Foi desenvolvido no início dos anos 70 e posteriormente inúmeros circuitos foram desenvolvidos fundamentados neste CI.

O encapsulamento mais comum é o de 8 pinos, conforme mostrado na figura 1.

Figura 1: Encapsulamento típico do LM555.

Multivibrador Monoestável

O multivibrador monoestável é um circuito que tem um estado estável e um instável, podendo permanecer no estado estável (nível "0") indefinidamente. Se houver um disparo (Disp), o circuito passa do estado estável para o estado instável, onde permanece por um intervalo de tempo Ti, ao final do qual retorna ao estado estável, esperando até que outro disparo ocorra.

Em cada estado a saída assume um valor distinto ("0" ou "1"), e assim a variável lógica de saída pode ser usada como um temporizador.

1 8 +VCC

DESCARGA (DISCHARGE)

LIMIAR (THRESHOLD)

CONTROLE (CONTROL)

TERRA (GROUND)

DISPARO (TRIGGER)

SAÍDA (OUTPUT)

INICIALIZAÇÃO (RESET)

2 7

3 6

4 5


Este circuito tem muitas aplicações: geração de atrasos, temporizações propriamente ditas, eliminação de ruídos de chaveamento, etc.

No diagrama de tempos representado abaixo, o disparo ocorre sempre que a variável Disp vai de "1" para "0". Observe que uma vez disparado, o monoestável continua contando o tempo Ti sem disparar novamente. Isto se deve ao circuito estar no estado instável que não é susceptível à entrada Disp.

Obs: O sinal "Disp" deve retornar a "1" antes do final do tempo "Ti" (estado instável). Caso

contrário, o tempo de duração do estado instável será estendido até o retorno de Disp para "1".

O circuito de um multivibrador monoestável com o CI555 pode ser observado na figura 2.

Figura 2: Circuito do Multivibrador Monoestável

Para este circuito, a duração Ti (em segundos) do estado instável é dada por:

Ti = 1,1 R C [s]

sendo R o valor da resistência em Ohm [Ω] e C o valor do capacitor em Farad [F].

Estado estável

Saída = 0

Estado instável

Saída = 1

disparo em t = tx

t = tx + Ti Sem

disparo

Circuito ligado há muito tempo

SAÍDA

Ti Est. estável

Disp

8

1

DIS 7

OUT 3

RST 4

THR 6

CON 5

TRI 2

GND

VCC R

C

VCC = 5V

Saída

Disparo

Rx


Sensor de Presença

O Sensor de presença utilizado é uma versão simplificada dos existentes comercialmente no mercado. Ele baseia-se em um emissor (LED) e um receptor (fototransistor) de luz infravermelho. O importante é que os módulos do emissor e do receptor estejam alinhados, permitindo que a luz incida diretamente sobre o receptor. A figura 3 mostra o circuito utilizado.

Figura 3: Circuito de um sensor de presença

O fototransistor é um dispositivo baseado no fenômeno da fotocondutividade. Ele pode, ao mesmo tempo, detectar a incidência de luz e fornecer um ganho dentro de um único componente. O importante é que os módulos do emissor e do receptor estejam alinhados, permitindo que a luz incida diretamente sobre o receptor.

Na ausência de luz, o transistor não conduz (está cortado) e a corrente de saída será zero. Na presença de luz o transistor conduz e a corrente de saída será proporcional à incidência de luz.

Pela configuração utilizada, como a saída está conectada ao emissor do fototransistor, quando o transistor estiver cortado, a tensão na saída será zero, o que corresponde a um nível lógico "0", que dispara o monoestável que está ligado na sequência. Na presença de luz, o transistor conduz, teremos tensão na saída, correspondendo a um nível lógico "1".

Dependendo da aplicação podemos ter a situação inversa e para isso consideraremos a saída como sendo no coletor. IV. Parte Prática

Esta experiência utiliza a placa didática vista na figura 4a ou na figura 4b. • Para a placa da figura 4a, note que existem vários componentes e circuitos montados.

Destes, utilizaremos o multivibrador monoestável, localizado na parte inferior direita da placa. O monitoramento do estado do monoestável será realizado por um LED conectado na saída do CI 555 por meio de um circuito "driver" (reforçador de corrente) já presente na placa. As linhas brancas indicam conexão entre bornes e/ou componentes.

• A placa da figura 4b é dedicada apenas a montagens com o CI 555. O LED verde (topo da placa) indica que a placa está alimentada (através dos dois bornes – vermelho e preto – próximos a este LED), enquanto que o diodo conectado ao borne vermelho serve como proteção contra inversão de polaridade da fonte de alimentação. Assim como para a outra placa somente utilizaremos o Multivibrador Monoestável (parte inferior da placa).

Sensor TIL32

R1120 ohm

R21.0 ohm

TIL78

5VVCC

R310M ohm

C11.0 nF

VCC = 5V

R3 10MΩ

R2 1Ω

Saída

R1 47Ω


Figura 4a: Vista de uma das placas didáticas (placa A) a ser utilizada no experimento com destaque ao "driver" do LED.

Figura 4b: Vista da outra placa didática (placa B) que poderá ser utilizada no experimento. Nesta

placa não há o "driver" para cada LED (vermelho) porque os mesmos já se encontram conectados nas saídas dos CIs em série com resistores limitadores de corrente – 180Ω).

LED + DRIVER

Linha de +VCC

Linha de GND

Diodo de proteção

Conexão de +VCC

Conexão de GND

Indicação de circuito alimentado

R

+

– C

100kΩ

GND

GND

CH

Pino 2


1. Montagem de um temporizador

1.1. Monte o circuito Multivibrador Monoestável como especificado no diagrama abaixo (figura 5) usando R=100kΩ e C=47µµµµF×16V (cuidado com a polaridade do capacitor).

Placa A: faça a ligação para o driver do LED (localizado na parte superior da placa) na saída do 555 (pino 3). Não se esqueça de interligar o pino 4 (reset) a VCC. Os pontos de conexão com a indicação VCC já estão interligados com +5V (via circuito impresso).

Placa B: veja as indicações das conexões na figura 4b. O pino 2 corresponde ao borne verde. Repare que existem componentes previamente soldados na placa.

PLACA A PLACA B

Figura 5: Esquema elétrico do circuito a ser montado (conforme a placa usada).

1.2. Depois que terminar a montagem ligue a alimentação da placa, ligue a chave e verifique o seu funcionamento. Aperte e imediatamente solte o botão do interruptor. Observe o que ocorre com o LED e complete as frases a seguir:

Ao pressionar e soltar o botão do interruptor, o LED ____________ por um determinado espaço

de tempo, que é a duração do estado _______________ do multivibrador monoestável.

Este é disparado por causa da tensão no pino 2 do 555 que muda de _____V para _____V ao

pressionarmos o botão e que deve ser rapidamente liberado para o _______________

funcionamento do circuito (característica inerente do CI 555).

1.3. Meça com o cronômetro o tempo no qual o LED permanece aceso. Calcule o tempo

teoricamente esperado. Preencha a tabela abaixo e explicite os cálculos efetuados.

Medido Calculado Ti (s)

Cálculos:

555

1 5

6

7

8 4

2

3

R

C

VCC= 5V

100kΩ

ao driver do LED

555

1 5

6

7

8 4

2

3

R

C

VCC= 5V

100kΩ

*10kΩ

*180Ω

*

*componentes já soldados na placa

CH CH


1.4. Substitua o resistor R por um resistor de 270kΩ. Meça novamente o tempo no qual o LED permanece aceso. Preencha a tabela abaixo e explicite os cálculos efetuados.


Cálculos:

1.5. Substitua agora o capacitor C por um capacitor de 22µF (Cuidado com a polaridade na hora da

montagem!) e mantenha o valor de R em 270kΩ. Meça novamente o tempo no qual o LED permanece aceso. Preencha a tabela abaixo e explicite os cálculos efetuados.


Cálculos:

1.6. Complete a frase a seguir:

Em função dos resultados obtidos nos itens 1.3, 1.4 e 1.5 constata-se que o tempo de

permanência do multivibrador monoestável no estado instável é _____________________

proporcional aos valores do resistor e do capacitor.

2. Montagem de um sensor de presença

Ao invés do uso de um interruptor, muitas vezes prefere-se acionar um circuito temporizador por meio de um sensor específico para detectar a presença de alguém e acionar automaticamente o sistema de minuteria.

Figura 6: Sensor de presença (módulo externo)


2.1. Substitua o botão interruptor e o resistor de "pull-up" de 100kΩ (é o resistor que está conectado nos pinos 4 e 2 do 555 e que tem a função de "puxar para cima" a tensão do pino 2) pelo sensor de presença do módulo externo, ou seja, retire o resistor e conecte o pino 2 no borne verde do módulo externo. Interligar os bornes preto e vermelho aos correspondentes da placa didática (veja as figuras 6 e 4).

2.2. Obstrua momentaneamente a passagem de luz entre o fototransistor e o LED (do módulo

externo) e observe o que ocorreu.


Ao obstruir momentaneamente a passagem de luz notou-se um comportamento do circuito

monoestável absolutamente __________________ ao do item 1.2 (incluindo a necessidade da

obstrução momentânea do feixe de luz).

V. Conclusões ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________


6a Experiência: "Circuito Astável com o LM555"


1.

2.

3.

4.




Data de entrega: ____ / ____ / _____



I. Objetivos Familiarização de circuitos temporizadores, do tipo astável, através da montagem de um circuito

básico e amplamente utilizado comercialmente: um alarme residencial. II. Lista de Materiais - 01 Placa Didática – Digitais I com o sonoalarme - 01 resistor de 1MΩ e 4,7kΩ - 02 resistores de 2,2k Ω - capacitores de: 22µF (01), 100µF (01), 220µF e 470µF (01) – todos de 16 V - 01 cronômetro digital - 01 módulo com a porta e janela - cabos banana-banana III. Informações Teóricas

Existem vários processos que funcionam sequencialmente, realizando uma tarefa após a outra, comandados por um circuito oscilador. Por exemplo, considere um computador de 2GHz. Esta frequência refere-se à frequência do oscilador interno que comanda a execução dos diferentes procedimentos do processador. Existem várias formas de se obter um oscilador. Para frequências altas podemos utilizar um cristal de quartzo, que associado a capacitores, resistores e componentes ativos (por exemplo, transistores bipolares de junção) é capaz de gerar uma onda quadrada com uma determinada frequência. Outra forma é através do CI 555.

O temporizador 555 é um revolucionário tipo de Circuito Integrado (CI); um dispositivo de baixo custo, estável e de fácil utilização. Foi desenvolvido no início dos anos 70 e posteriormente inúmeros circuitos foram desenvolvidos fundamentados neste CI. O encapsulamento mais comum do CI 555 é o de 8 pinos, conforme mostrado na figura 1.

Figura 1: Encapsulamento típico do LM555.

Multivibrador Astável

O multivibrador astável é um circuito que opera em dois estados instáveis, permanecendo determinados intervalos de tempo (T1 e T2) em cada um deles. Em cada estado a saída assume um valor diferente ("0" ou "1"), sendo assim considerado um gerador de onda quadrada. Este tipo de onda é fundamental nos circuitos digitais, funcionando como um relógio (clock) de sincronismo.

Estado instável 1

Saída = 1

Estado instável 2

Saída = 0

decorridos T1 s

decorridos T2 s

1 8 +VCC

DESCARGA (DISCHARGE)

LIMIAR (THRESHOLD)

CONTROLE (CONTROL)

TERRA (GROUND)

DISPARO (TRIGGER)

SAÍDA (OUTPUT)

INICIALIZAÇÃO (RESET)

2 7

3 6

4 5


sendo: T1 = intervalo de tempo com a saída em nível lógico "1" T2 = intervalo de tempo com a saída em nível lógico "0" T = período do sinal ( T = T1 + T2 )

O circuito de um multivibrador astável com o CI555 pode ser observado na figura 2.

Figura 2: Circuito do Multivibrador Astável com o LM555. Utilizando esta configuração, os tempos T1 e T2 são determinados por:

T1 = 0,69 (Ra + Rb) C [s] T2 = 0,69 (Rb) C [s]

Assim é possível determinar a frequência (f) e o ciclo de operação (Duty Cicle ≡ D) do astável:

f = 1/T [Hz] sendo T = T1 + T2 [s]

D = T1/ T = (Ra + Rb) / (Ra + 2Rb)

Os valores de D e f são normalmente especificados. O projeto geralmente é feito determinando os valores de Ra e Rb para um valor de C fixo.

Sensor Magnético

Para proteger portas e janelas contra aberturas indevidas podemos utilizar um simples sensor magnético com reed-switch. O reed-switch (figura 3) é um interruptor formado por duas lâminas flexíveis de material ferromagnético, seladas hermeticamente dentro de uma cápsula de vidro que é preenchida por um gás inerte. Essa atmosfera de gás inerte protege as regiões de contato elétrico das lâminas impedindo as oxidações. As lâminas estão sobrepostas, porém separadas por um pequeno espaço. Esta configuração é comumente referida como "normalmente aberto", ou seja, sem nenhuma intervenção, o sistema está aberto, sem nenhum contato elétrico entre os terminais.

T1 T2

T

Saída

Rb

Ra

C1

DIS7

OUT3

RST4

8

THR6

CON5

TRI2

GND

VCC

5VVCC

Saída

Ra

Rb

VCC

VCC RST

DIS THR

TR

CON GND

OUT


Figura 3: Estrutura do interruptor magnético - reed-switch aberto

A aplicação de um campo magnético, mediante a aproximação de um imã permanente, induz uma magnetização nessas lâminas, com polaridades opostas e uma consequente força de atração magnética, que une fisicamente as lâminas, fechando o circuito externo do qual elas fazem parte (figura 4). Quando o campo magnético é afastado, a indução magnética diminui e, com ela as forças de atração, resultando no afastamento das lâminas e consequentemente abrindo o contato elétrico entre os terminais.

Figura 4: Estrutura do interruptor magnético - reed-switch fechado

De forma idêntica, existem sensores magnéticos com reed-switch normalmente fechados, isto é, sem nenhuma intervenção o sistema está fechado, mantendo o contato elétrico entre os terminais. A aproximação do imã provoca a separação das lâminas e consequentemente a interrupção do contato elétrico entre os terminais.

Figura 5: Diagrama do circuito (ilustrando duas situações: porta aberta ou fechada) do sensor magnético e do sensor de presença implementados no módulo externo da porta e janela.

Imã

Reed Switch (NA)

CI4011

1

23

5

64

8

910

Saída

(porta fechada) Imã

Reed Switch (NA)

CI4011

1

23

5

64

8

910

(porta aberta)

Saída

TIL32

R1120 ohm

R21.0 ohm

TIL78

5VVCC

R310M ohm

TIL32

R1120 ohm

R21.0 ohm

TIL78

5VVCC

R310M ohm

R3 10MΩ

R2 1Ω

R1 47Ω

R3 10MΩ

R2 1Ω

R1 47Ω

VCC = 5V VCC = 5V


O sensor utilizado nesta implementação foi um reed-switch normalmente aberto. Enquanto a

porta está fechada, o imã está próximo ao reed-switch, fechando o sistema com um nível de tensão igual a zero. Através de uma lógica digital inversora obtemos, uma tensão na saída, próximo de 5V (nível lógico alto). Quando a porta se abre, o imã se afasta, o reed-switch volta ao estado inicial normalmente aberto, resultando em um nível de tensão igual a zero na saída.

A figura 5 mostra o sistema implementado, adicionando-se o sensor de presença (apresentado na experiência anterior) possibilitando monitorar tanto a porta (sensor magnético) quanto a janela (sensor de presença). IV. Parte Prática

Esta experiência utiliza a placa didática vista na figura 6a ou na figura 6b. • Para a placa da figura 6a, note que existem vários componentes e circuitos montados.

Destes, utilizaremos tanto o multivibrador monoestável como o multivibrador astável, ambos localizados na parte inferior direita da placa. O monitoramento do estado do multivibrador astável (operação em baixa frequência) será realizado por um LED conectado na saída do CI 555 por meio de um circuito "driver" (reforçador de corrente) já presente na placa. As linhas brancas indicam conexão entre bornes e/ou componentes.

• A placa da figura 6b é dedicada apenas a montagens com o CI 555. O LED verde (topo da placa) indica que a placa está alimentada (através dos dois bornes – vermelho e preto – próximos a este LED), enquanto que o diodo conectado ao borne vermelho serve como proteção contra inversão de polaridade da fonte de alimentação.

Figura 6a: Vista de uma das placas didáticas (placa A) a ser utilizada no experimento com

destaque ao "driver" do LED..

LED + DRIVER


Figura 6b: Vista da outra placa didática (placa B) que poderá ser utilizada no experimento. Nesta placa não há o "driver" para cada LED (vermelho), porque os mesmos já se encontram conectados nas saídas dos CIs em série com resistores limitadores de corrente – 180Ω).

1. Monte o circuito da figura 7a (placa A) ou da figura 7b (placa B). Utilize Ra=Rb=2,2kΩ e

C=220µµµµF×16V (cuidado com a polaridade do capacitor). Placa A: faça a ligação para o driver do LED (localizado na parte superior da placa) e buzina na saída do multivibrador astável (pino 3 do 555). Os pontos de conexão com a indicação VCC já estão interligados com +5V (via circuito impresso). Placa B: Veja as indicações de conexão dos resistores e capacitores na figura 6b. O pino 2 do multivibrador monoestável corresponde ao borne verde. Repare que existem componentes previamente soldados na placa (indicados com um asterisco – circuito da figura 7b). Use uma das chaves presentes na placa (S1 ou S2) como chave de reset (S) – basta interligar o borne de conexão de uma delas (amarelo) ao pino 4 do 555 do circuito monoestável (borne também amarelo). Obs: O circuito contém dois integrados 555 em configurações diferentes. CI-1 está como monoestável (temporizador – após acionado, libera o funcionamento de CI-2 durante o estado instável) e CI-2 como astável (oscilador – a buzina tocará de modo intermitente até o término do estado instável do monoestável ou acionamento da chave de "reset").

Linha de +VCC

Linha de GND

Diodo de proteção

Conexão de +VCC

conexão de GND

Buzina

Conexão da chave S1 Conexão da chave S2

Interligar para habilitar a buzina (astável)

Ra

Rb

C

1MΩ

22µF

Conectar ao borne verde do módulo externo

+

–

+

–

pino 4

pino 4

Conectar S1ou S2 ao pino 4 (monoestável)

Conectar ao pino 4 do astável


555

1 5

6

7

8 4

2

3

1M

100uF

5V VCC

1

0

Chave de Dados

7

6

2

1 5

3

8 4

555

5V VCC

Ra

Rb

C

Driver do led

Driver da buzina

Porta e Janela(pino verde do módulo externo)

Ao LED e Buzina

Figura 7a: Esquema elétrico do circuito a ser montado na placa didática A (S → Chave de "reset")

Figura 7b: Esquema elétrico do circuito a ser montado na placa didática B (S → Chave de "reset")

Figura 8: Detalhes do módulo utilizado na montagem do experimento.

+ 5V GND

Saída

CI-1 CI-2

*componentes já soldados na placa CI-1 CI-2

S

555

1 5

6

7 8 4

2 3

C

VCC= 5V

*10kΩ

*180Ω

*

Ra

Rb 555

1 5

6

7

8 4

2

3 22µF

VCC= 5V

1MΩ

*10kΩ

*180Ω

*

*1,2kΩ

1

0

S ao borne verde do módulo externo

Buzina

22µF


2. Após a montagem ligue a alimentação da placa e ligue a chave (liga-desliga). Para armar o sistema inicialize através da chave de "reset", colocando-a inicialmente na posição do "0" e retornando para a posição "1". Abra a porta, fechando-a em seguida e observe o que acontece com o LED e com a buzina (para desligar/rearmar o alarme, utilize novamente a chave de "reset", conforme já descrito) e complete as frases abaixo:

Ao abrir a porta o LED _____________ e a buzina ______________ porque o reed-switch tem

seus contatos _______________ e a tensão no pino 2 do multivibrador monoestável muda de

____V para ____V, acionando-o. Em sua saída a tensão muda de ____V para ____V, liberando o

funcionamento (via pino 4 – reset) do multivibrador ________________. Terminado o tempo de

duração do estado instável do multivibrador monoestável (em torno de 2min) o sistema

____________________________________________________________________________.

3. Repita o item anterior, mas, ao abrir a porta, mantenha-a aberta e observe se houve alguma mudança no funcionamento do sistema e complete as frases abaixo:

Ao abrir a porta o LED _____________ e a buzina ______________ porque o reed-switch tem

seus contatos _______________ e a tensão no pino 2 do multivibrador monoestável muda de

____V para ____V, acionando-o. Em sua saída a tensão muda de ____V para ____V, liberando o

funcionamento (via pino 4 – reset) do multivibrador ________________. Terminado o tempo de

duração do estado instável do multivibrador monoestável (em torno de 2min) o sistema

____________________________________________________________________________.

4. Repita o item 2 para uma simulação de invasão da casa através da janela e observe o que acontece. Complete as frases abaixo:

Ao invadir pela janela o LED _____________ e a buzina ______________ porque o

fototransistor passa da saturação para o __________ e a tensão no resistor R3 muda de ____V para

____V, acionando o multivibrador __________________ em cuja saída a tensão muda de ____V

para ____V, liberando o funcionamento via pino 4 (reset) do multivibrador ________________.

Terminado o tempo de duração do estado instável do monoestável (em torno de 2min) o sistema

____________________________________________________________________________.


5. Observando o LED, meça o tempo de 10 oscilações (LED piscando) com o cronômetro e obtenha o valor médio do período de uma oscilação (T = tempo medido/10) e a frequência de oscilação (f = 1/T) anotando-os na coluna "medido" da tabela abaixo. Utilize as expressões fornecidas nas informações teóricas e calcule o período e a frequência teoricamente esperados, mostrando no espaço abaixo estes cálculos efetuados. Complete o preenchimento da tabela.

Medido Calculado

T (s) f (Hz)

CÁLCULOS:

6. Substitua o capacitor C por um de 100µµµµF (cuidado com a polaridade na hora da montagem) e

repita o procedimento anterior.

Medido Calculado T (s) f (Hz)

CÁLCULOS:

7. Substitua agora o capacitor C por um capacitor de 470µµµµF (cuidado com a polaridade na hora da

montagem) e repita o procedimento anterior.

Medido Calculado T (s) f (Hz)

CÁLCULOS:


8. Substitua agora o resistor Ra por um resistor de 4,7kΩ mantendo C=470µF. Com esta alteração,

o LED ficou mais tempo: aceso apagado 9. Completar as frases abaixo. Ao alterar C os tempos do LED aceso ou apagado são proporcionalmente alterados, afinal, o

capacitor é o componente que se ______________ durante T1 (LED aceso) e se _______________

durante T2 (LED apagado).

Alterando Ra, apenas o tempo ____ é proporcionalmente alterado, porque Ra atua apenas na

_______________ do capacitor.

V. Conclusões

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________


7a Experiência: "O Transistor Bipolar de Junção ( TBJ ) Funcionando como Chave"


1.

2.

3.

4.




Data de entrega: ____ / ____ / _____



I. Objetivos Familiarização prática de polarização de transistores bipolares de junção - TBJ funcionando

como chave. II. Lista de Material • 01 Fonte Minipa "simples" com seus respectivos cabos. • 01 "protoboard" • 01 Multímetro Digital Minipa ET 2020 com pontas de prova. • 06 cabos banana-banana. • 01 transistor BC 548. • 01 LED vermelho • 01 resistor de 470Ω e 5,6k Ω • fios para ligações

IDENTIFICAÇÃO DOS TERMINAIS DO TRANSISTOR BC 548

Simbologia Encapsulamento

III. Parte Prática 1. Monte o circuito dado abaixo no "protoboard". Cuidado com a polarização do LED e do TBJ.

Figura 1 - Esquema elétrico do circuito a ser implementado no "protoboard".

E

B

C

Q1

BC548BP

V1

12V

R1

5.6kohm

R2

470ohm

LED_red

R2 470Ω

IC

IB

VBE

VCE "a"

"b"

"chave"

R1 5,6kΩ

VR2

VR1


2. Com a chave na posição "a", meça os valores das tensões nos resistores R1 e R2 (VR1 e VR2) e calcule (lei de Ohm) as correntes de base (IB) e do coletor (IC). A seguir, meça as tensões entre base e emissor (VBE) e entre coletor e emissor (VCE), anotando todos os valores obtidos na tabela I. Em seguida, repita as medições e anotações para a chave na posição "b".

Tabela I - Relação dos dados experimentais obtidos no circuito.

CHAVE VR1 (V) VR2 (V) IB=VR1/5,6 (mA) IC=VR2/0,47 (mA) VBE (V) VCE (V)

"a"

"b"

3. Determinar os valores teoricamente esperados completando a tabela II. Mostrar os cálculos no espaço abaixo. Assuma uma queda de tensão no LED de 2,2V (obviamente, aceso!).

Tabela II – Resultados teoricamente esperados.

Posição da chave IB (mA) IC (mA) VBE (V) VCE (V)

"a" 0,7 0,2

"b"

CÁLCULOS:

IV. Conclusões ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________


8a Experiência: "Circuitos Inversor e Não-inversor com o Amplificador Operacional"


1.

2.

3.

4.




Data de entrega: ____ / ____ / _____



I. Objetivos Familiarização com Amplificadores Operacionais – Amp Op. Observação do comportamento real do amplificador operacional nas configurações inversora e

não-inversora. II. Lista de Material • 01 Osciloscópio Tektronix TDS 210 com 02 pontas de prova. • 01 Fonte Minipa "simétrica" com seus respectivos cabos. • 01 Placa Didática "Amplificadores Operacionais" com fios para ligações. • 01 gerador de funções com seus respectivos cabos. • 01 Multímetro Digital Minipa ET 2700 com pontas de prova. • 06 cabos banana-banana. • 02 resistores de 10kΩ. • 01 resistor de 100kΩ. III. Parte Prática: 1. Ajuste do "offset" Montar o circuito da figura 1, alimentando o circuito com a fonte simétrica com tensão de

alimentação igual a ± 10V. Ajustar o potenciômetro (já presente na placa) para a saída ser aproximadamente nula (VO = 0V), medida com o voltímetro cc (escala de mV). Uma vez ajustado o offset, não tocar mais no potenciômetro!!!!

Figura 1 – Circuito para ajuste do offset.

VO

+10V

–10V

R1 10kΩ

R3 10kΩ

R2 = 100kΩ


2. Estudo da configuração inversora

Figura 2 – Estudo da configuração inversora. 2.2. Aplicar um sinal senoidal de 1Vpp/1kHz na entrada inversora e medir vi e vo simultaneamente

(sem deformação), com o auxílio do osciloscópio. Utilize o canal 1 do osciloscópio para medir vi e o canal 2 para medir vo, ambos os canais ajustados para acoplamento ac.

Uso do gerador de sinais: Em termos gerais, um gerador de sinais tem por objetivo fornecer sinais variáveis no tempo. Será utilizado um tipo particular de gerador conhecido por gerador de funções (function generator) que, basicamente, tem a capacidade de gerar três tipos de sinais: senoidal, triangular e quadrado. Para esta experiência será necessário apenas efetuar o ajuste da amplitude (AMPL.) e da frequência (FREQUENCY) de um sinal senoidal. Para o ajuste da amplitude, basta atuar no controle AMPL. e observar no osciloscópio se o valor de pico a pico (ou de pico) desejado foi obtido (no caso 1Vpp). Para o ajuste da frequência, escolha a faixa de frequência desejada (pressione a tecla correspondente) e ajuste-a no controle FREQUENCY observando no display do gerador (ou no osciloscópio) se o valor desejado foi obtido (no caso 1kHz). Preparação do osciloscópio: Para ajustar o canal 1, pressione a tecla CH1/menu e busque no lado direito da tela a indicação do tipo de acoplamento feito – para alterá-lo basta pressionar a tecla ao lado. Verifique ainda na tela o ajuste do tipo de ponta de prova, escolhendo a opção 1× (ponta de prova não atenuadora). Repita esta operação para o canal 2, isto é, pressione a tecla CH2/menu e... Após conectar as pontas de prova nos pontos de medida, pressione a tecla AUTOSET (ou "AUTO-SCALE" dependendo do osciloscópio recebido) para um ajuste imediato das formas de onda na tela do osciloscópio (acerto automático das escalas vertical e horizontal). IMPORTANTE: Nunca ligue "os terras" (conector na cor PRETA) das pontas de prova em nós distintos do circuito (sugestão: ligue apenas um dos terras no circuito ou mantenha-os "sempre juntos").

2.1. Montar o circuito da figura 2. Repare que R3 não consta no circuito inversor visto

em teoria, pois, seria inócuo para o amp.

op. considerado ideal (corrente de

entrada nula). Contudo, na realidade as

correntes das entradas não são nulas e,

além disso, já foi ajustado o offset nessa

condição.

vo vi

+10V

–10V

R2 = 100kΩ

R1 = 10kΩ

R3 = 10kΩ

Gerador de sinais


2.3. Desenhar as formas de onda (cotadas em amplitude e sincronizadas no tempo) de vi e vo .

2.4. Preencher a tabela abaixo com valores medidos e teóricos. Lembre que para a configuração

inversora e para um amp. op. aproximado para ideal: 12io RRvv −= .

valores medidos valores teóricos vi (Vpp) 1,0 vo (Vpp)

|vo/vi| (V/V) 3. Estudo da configuração não-inversora

3.1. Repetir os itens 2.1 a 2.3 para o circuito da figura 3.

Figura 3 – Estudo da entrada não-inversora.

vo

+10V

–10V

R2 = 100kΩ R1 = 10kΩ

R3 = 10kΩ

vi

vi [V]

t [s] 0

vo [V]

t [s] 0


3.2. Preencher a tabela abaixo com valores medidos e teóricos. Lembre que para a configuração

inversora e para um amp. op. aproximado para ideal: ( )12io RR1vv += .


vo/vi (V/V) 4. O circuito de ganho unitário (seguidor de tensão) 4.1. Repetir os itens 2.1 a 2.3 para o circuito da figura 4.

Figura 4 – Amplificador de ganho unitário

vo vi

+10V

–10V

R3 = 10kΩ

vi [V]

t [s] 0

vo [V]

t [s] 0


4.2. Preencher a tabela abaixo com valores medidos e teóricos. Repare que o circuito da figura 4 é

um caso particular do circuito da figura 3 com R1 = ∞ e R2 = 0 .


vo/vi (V/V)

IV. Conclusões finais ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

vi [V]

t [s] 0

vo [V]

t [s] 0

IDENTIFICAÇÃO DOS TERMINAIS DO AMPLIFICADOR OPERACIONAL µµµµA741 →


9a Experiência: "Circuitos Integrador e Diferenciador com o

Amplificador Operacional"


1.

2.

3.

4.




Data de entrega: ____ / ____ / _____



I. Objetivos Observar os sinais de entrada e saída (amplitude e forma de onda) dos circuitos integrador e

diferenciador com amplificador operacional, confrontando com os comportamentos teoricamente esperados.

II. Lista de Material • 01 Osciloscópio Tektronix com 02 pontas de prova • 01 Fonte Minipa "simétrica" com seus respectivos cabos • 01 fonte 4x1 com respectivos cabos • 01 Placa Didática "Amplificadores Operacionais" com fios para ligações • 01 gerador de funções com seus respectivos cabos • 01 Multímetro Digital Minipa ET2700 com pontas de prova • 06 cabos banana-banana • 01 capacitor de 0,01µF • 01 capacitor de 0,1µF • 02 resistores de 10kΩ • 01 resistor de 100kΩ e 1MΩ III. Parte Prática: 1. Ajuste do "offset" Montar o circuito da figura 1, alimentando o circuito com a fonte simétrica com tensão de

alimentação igual a ± 10V. Ajustar o potenciômetro (já presente na placa) para a saída ser nula (VO = 0V), medida com o voltímetro cc (escala de mV). Uma vez ajustado o offset, não tocar mais no potenciômetro!!!

Figura 1 – Circuito para ajuste do offset.

VO

+10V

–10V

R1 10kΩ

R3 10kΩ

R2 = 100kΩ


2. Circuito Integrador Inversor 2.1. Montar o circuito da figura 2. Os sinais de entrada (vi) deverão ser senoidal e quadrado, na

frequência de 1kHz e 1Vpp de amplitude. Medir e desenhar as formas de onda dos sinais de entrada (vi) e saída (vo) simultaneamente, cotados em amplitude e sincronizados no tempo (vide próximas páginas) para cada uma das formas de onda (senoidal e quadrada). Utilize o canal 1 do osciloscópio para medir vi e o canal 2 para medir vo, ambos os canais ajustados para acoplamento ac.

Figura 2 – Circuito integrador inversor. Uso do gerador de sinais: Em termos gerais, um gerador de sinais tem por objetivo fornecer sinais variáveis no tempo. Será utilizado um tipo particular de gerador conhecido por gerador de funções (function generator) que, basicamente, tem a capacidade de gerar três tipos de sinais: senoidal, triangular e quadrado. Para esta experiência será necessário apenas efetuar o ajuste da amplitude (AMPL.) e da frequência (FREQUENCY) de um sinal senoidal e de um sinal quadrado. Para o ajuste da amplitude, basta atuar no controle AMPL. e observar no osciloscópio se o valor de pico a pico (ou de pico) desejado foi obtido (no caso 1Vpp). Para o ajuste da frequência, escolha a faixa de frequência desejada (pressione a tecla correspondente) e ajuste-a no controle FREQUENCY observando no display do gerador (ou no osciloscópio) se o valor desejado foi obtido (no caso 1kHz). Preparação do osciloscópio: Para ajustar o canal 1, pressione a tecla CH1/menu e busque no lado direito da tela a indicação do tipo de acoplamento feito – para alterá-lo basta pressionar a tecla ao lado. Verifique ainda na tela o ajuste do tipo de ponta de prova, escolhendo a opção 1× (ponta de prova não atenuadora). Repita esta operação para o canal 2, isto é, pressione a tecla CH2/menu e... Após conectar as pontas de prova nos pontos de medida, pressione a tecla AUTOSET (ou "AUTO-SCALE" dependendo do osciloscópio recebido) para um ajuste imediato das formas de onda na tela do osciloscópio (acerto automático das escalas vertical e horizontal). IMPORTANTE: Nunca ligue "os terras" (conector na cor PRETA) das pontas de prova em nós distintos do circuito (sugestão: ligue apenas um dos terras no circuito ou mantenha-os "sempre juntos").

Observações: 1. A chave seletora ao lado simboliza a

escolha do tipo de forma de onda no gerador de sinais.

2. A resistência R2 de 1MΩ serve para "bypass" de corrente continua (isto é, evita-se o que o amp. op. fique em malha aberta para corrente contínua) e sendo de valor elevado, interfere pouco no comportamento teórico esperado.

3. A resistência R3 está presente neste circuito pelos motivos já explicados no item 2.1 da experiência anterior.

vo vi

A

B

R2 = 1MΩ

R1

10kΩ

10kΩR3

C = 0,01µF

+10V

–10V


Informações Teóricas (comportamento teórico esperado)

Para o circuito integrador com amp. op. ideal e sem R2: ∫−=t

0IOO dtv

RC

1)0(vv

• onda senoidal: )t102(sen5,0v 3i π= [V] ⇒ ∫ π−=

−

t

0

384OpO dt)t102(sen5,0

1010

1Vv

Naturalmente, sabe-se que a integral de uma senoide é uma cossenoide defasada de 180º. Contudo, sendo o circuito um integrador inversor, o resultado será simplesmente uma cossenoide. Então, para t = 0 deve-se ter na saída o seu pico positivo, isto é, vO(0) = VOp.

[ ])0cos()t102cos(1010102

5,0V

102

)t102cos(5,0

1010

1Vv 3

843Op

t

03

3

84OpO −π

π+=

ππ−

−=−−

)0cos(8,0)t102cos(8,0Vv 3OpO −π+= ⇒ VOp = 0,8V ⇒ )t102cos(8,0v 3

O π= [V]

• onda quadrada: sendo uma função rampa (linear) a integral de uma constante, deve resultar para vO uma onda triangular, porém, "invertida" (circuito integrador inversor):

Gráficos para vi sendo uma onda Senoidal:

t(ms)

vi(V)

0

0,5

–0,5

t(ms)

vo(V)

0

VOp

–VOp

0,5 1,0

0 ≤ t ≤ 0,5ms ⇒ vi = 0,5V ⇒ ∫−−=

t

084OpO dt5,0

1010

1Vv

[ ] t5000Vt5,01010

1Vv Op

t084

OpO −=−=−

Sendo vO = 0 para t = 0,25ms:

0)1025,0(5000V(0,25ms)v 3OpO =⋅−= − ⇒ V25,1VOp =

vi [V]

t [s] 0

vo [V]

t [s] 0


Gráficos para vi sendo uma onda Quadrada:

3. Amplificador Diferenciador Inversor 3.1. Montar o circuito da figura 3. O sinal de entrada deve ser senoidal, na frequência de 1kHz e

1Vpp de amplitude. Medir e desenhar as formas de onda dos sinais de entrada e saída cotados em amplitude e sincronizados no tempo (vide próxima página). Utilize o canal 1 do osciloscópio para medir vi e o canal 2 para medir vo, ambos os canais ajustados para acoplamento ac.

Figura 3 – Amplificador diferenciador inversor.

Obs: a resistência R1 presente neste circuito tem o mesmo papel que R3 no circuito anterior.

vi [V]

t [s] 0

vo [V]

t [s] 0

vo

R2 = 10kΩ

R1 10kΩ

+10V

–10V

C = 0,1µF

vi


3.2. Para o circuito diferenciador com amp. op. ideal e sem R1: dt

dvCRv I

O −= .

Então, determinar a expressão de vO(t) e verifique se corresponde (aproximadamente) à forma de onda obtida no osciloscópio (use o espaço abaixo).

vi [V]

t [s] 0

vo [V]

t [s] 0


IV. Conclusões


10a Experiência: "Conversor Digital/Analógico (D/A)"


1.

2.

3.

4.




Data de entrega: ____ / ____ / _____



I. Objetivos

Verificar o funcionamento prático de um circuito conversor digital / analógico.

II. Lista de Material

- 01 Placa Didática Digitais II - 01 Fonte de 5V - 01 Osciloscópio com duas pontas de prova originais - 01 Multímetro digital com ponta de prova - 03 resistores de 1kΩ - 05 resistores de 2kΩ - 01 CI 74161 - fios diversos para as ligações III. Informações Teóricas: base binária

A base numérica conhecida por todos é a base decimal. Nela temos 10 dígitos correspondendo aos números de 0 a 9. Além disso, cada dígito apresenta um peso que cresce em potência de 10. Isto quer dizer que no número 1, este dígito representa a unidade (1 = 100). No número dez, o dígito 1 não vale mais uma unidade, mas vale uma dezena (10 = 101). Da mesma forma, no número 100, o dígito 1 vale uma centena (100 = 102). E assim sucessivamente com os demais dígitos.

Como dito anteriormente, uma variável digital pode assumir apenas dois valores: 0 e 1 o que equivale a um nível de tensão baixo e um nível de tensão alto respectivamente. Para podermos representar diferentes situações devemos ter um código específico que utilize diferentes combinações de 0’s e 1’s, caracterizando o que chamamos de base binária ( bi = 2 ). Da mesma forma que a base decimal, cada dígito tem um peso que cresce em potência de 2. Na tabela abaixo temos a equivalência entre as duas bases numéricas.

P=22 P=21 P=20 Decimal

0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 2 0 1 1 3 1 0 0 4 1 0 1 5 1 1 0 6 1 1 1 7

A sequência de códigos apresentada pode, portanto, ser entendida como uma sequência

numérica crescente, porém numa base numérica diferente da qual estamos acostumados. O que o conversor digital-analógico faz é associar um valor de tensão para cada código

numérico da sequência. O valor de tensão é proporcional à quantidade representada pelo código. Na segunda parte da experiência foi utilizado o CI 74161 em substituição às chaves. Fazendo

uma analogia entre as duas partes do experimento, o que esse CI fez, foi gerar automaticamente, num ritmo constante, a sequência numérica, e por isso é chamado de contador binário.

No conversor digital-analógico, como a cada código gerado, teremos um valor de tensão equivalente e proporcional, a representação analógica da sequência numérica resulta na forma de onda de uma escada, conforme observado.


IV. Parte Prática:

A maioria das variáveis físicas é analógica, o que quer dizer que podem assumir qualquer valor dentro de uma faixa contínua de valores. Podemos citar como exemplos: temperatura, pressão, velocidade de rotação, sinais de audio e vídeo, etc. Por outro lado, atualmente, a maioria dos sistemas apresenta um controle digital, cujo valor é especificado entre duas possibilidades, tal como "0" e "1". Uma grandeza analógica deve ser codificada, ou seja, convertida para um conjunto de "1's" e "0's", de forma adequada, para ser tratado pelos programas computacionais. Na conversão contrária, isto é, um conjunto de "1's" e "0's" é convertido para um valor analógico que é enviado a um display, alto-falante, monitor de vídeo, etc. Estas conversões são realizadas pelos conversores analógico-digitais e digital-analógicos.

Figura 1 – Vista da placa didática a ser utilizada ao longo deste experimento.

Nesta experiência, iremos observar o funcionamento de um conversor digital-analógico. Para tanto, utilizaremos a placa didática II apresentada na figura 1. Note que existem vários componentes e circuitos montados. Destes, precisaremos das chaves, da fonte de alimentação e do sinal de 1kHz.

1. Operação manual do circuito conversor Digital/Analógico (D/A) 1.1. Com a alimentação desligada, montar o circuito da figura 2 no "protoboard" da placa didática,

conforme esquema de montagem da figura 3. A alimentação do "protoboard" já está definida nas trilhas centrais, conforme indicado (atenção! a placa didática II pode ter as posições das trilhas centrais invertidas em relação à figura 3, isto é, VCC trocado com GND e vice-versa).

A alimentação é de 5V sendo aplicada nos bornes (vermelho e preto) situados no canto superior esquerdo da placa – um valor superior a 5V danificará a placa!


Figura 2 – Circuito conversor digital-analógico (com rede R-2R).

Figura 3 – Esquema de montagem do circuito no "protoboard". 1.2. Ligue a alimentação (5V) e selecione as três chaves para nível lógico "0" (NL0 – deve ser

menor que 1V). Meça as tensões v1, v2 e v3 com o voltímetro cc anotando-as na tabela I. Repita o procedimento para as chaves selecionadas para nível lógico "1" (NL1 – deverá resultar entre 3 a 4V).

Tabela I: Medidas dos níveis lógicos das chaves. Obs: para valores fora da faixa esperada utilizar

outra chave (de C4 a C9) 1.3. Anote na tabela II as tensões de saída (vO) medidas com o voltímetro cc para cada combinação

das posições das chaves. Repare que a chave C1 é a de maior influência no circuito (representa o bit mais significativo, MSB – Most Significant Bit), a chave C2 é a de peso intermediário e a chave C3 é a de menor peso entre as 3 chaves (representa o bit menos significativo, LSB – Least Significant Bit).

C1 C2 C3 MÉDIA v1 (V) v2 (V) v3 (V) (v1+v2+v3)/3

NL0

NL1

C3

0 1 0 1 0

C2 C1

1

R1 R3 R5 R6

R2 R4

R7

1kΩ 1kΩ

2kΩ 2kΩ 2kΩ 2kΩ 2kΩ

vO

v3 v2 v1

← Níveis Lógicos (NL)

vO

R1 R3 R5 R6 R7

R2 R4


1.4. Determine os valores teoricamente esperados para cada combinação das chaves, terminando de preencher a tabela II. Para os cálculos (explicite-os no espaço abaixo), considere 0V para a tensão de nível lógico "0" e a tensão de nível lógico "1" média obtida no item 1.2 (tabela I).

Tabela II: Valores das medidas obtidas e teóricos.

Posição das chaves Saída (V) Saída (V) C1 C2 C3 (medidas) (cálculos) 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1

Cálculo dos valores teoricamente esperados

O cálculo fica mais simples se atribuirmos um número binário cujo bit mais significativo seja "1" e os demais "0". Então, considerando-se C2 e C3 em nível lógico "0" (NL0), C1 em nível lógico "1" (NL1) e assumindo NL0 = 0V, obtém-se o circuito equivalente a seguir com Req = [(R1//R3) + R2]//R5 + R4 = 2kΩ.

A tensão lida pelo voltímetro será: 3

1NL

10)12(

101NLV

3

3

O =+⋅

=

Como esta tensão é decorrente da aplicação do número 4 (em binário) nas entradas, deve-se ter

V4VO ∆×= sendo V∆ o aumento de tensão correspondente a cada incremento da numeração binária. Obtido o valor de V∆ , pode-se calcular o valor da tensão na saída do conversor para quaisquer sequências binárias. Por exemplo, a tensão de saída para (110)2 será V6VO ∆×= .

CÁLCULOS:

Req R6 R7

2kΩ 2kΩ 2kΩ V

+

NL1

R6 R7//Req 2kΩ 1kΩ V

+

NL1

⇒⇒⇒⇒


2. Geração Automática dos Códigos Nesta parte da experiência, substituiremos as chaves C1, C2 e C3 por um circuito que irá gerar

automaticamente e sequencialmente os valores indicados na tabela II (contador binário). 2.1. Desconectar as ligações das chaves C1, C2 e C3 do circuito. Aproveite o restante da montagem

anterior e monte o circuito da figura 4, conforme indicado no esquema de montagem da figura 5 (use o osciloscópio com acoplamento cc).

2.2. Ligue o circuito e posicione a chave C9 na posição "0" e a seguir na posição "1". Isto prevenirá

um eventual erro na contagem.

Figura 4 – Esquema elétrico do circuito a ser montado.

Figura 5 – Esquema de montagem utilizando o "protoboard". 2.3. Medir e desenhar a forma de onda de vo no espaço especificado na figura 6, cotando o valor de

pico da mesma. Note que este valor deve corresponder aproximadamente ao valor de tensão anotada na tabela II para C1=C2=C3=1.

vO

R1 R3 R5 R6

R2 R4

R7

1kΩ 1kΩ

2kΩ 2kΩ 2kΩ 2kΩ 2kΩ

74161

+VCC (+5V)

C9

"0"

"1"

clock: 1kHz

1 8

9 16

v1 v2 v3

R1 R3 R5 R6 R7

R2 R4

vO


2.4. Conectar o segundo canal do osciloscópio ao pino 14 do CI 74161, desenhando e cotando a forma de onda obtida no espaço reservado da figura 6. Preste atenção ao sincronismo desse sinal com o do outro canal que já foi desenhado.

2.5. Repita o item anterior para os pinos 13 e 12 do CI 74161. Repare que os sinais nos pinos 12, 13

e 14 (v1, v2 e v3) são codificados na forma digital. Isto quer dizer que o nível de tensão baixo corresponde a "0" (NL0) e o nível de tensão alto corresponde a "1" (NL1).

pino14 – v3 (V) pino13 – v2 (V) pino12 – v1 (V)

Saída – vO (V)

Figura 6 - Formas de ondas observadas com o auxílio do osciloscópio.

2.6. Explicite a relação existente entre o sinal na saída e os valores dos sinais nos pinos 12, 13 e 14.

IV. Conclusões

0

0

0

0 t

t

t

t


11a Experiência: "Sensores Eletrônicos"


1.

2.

3.

4.




Data de entrega: ____ / ____ / _____



I. Objetivos Verificar o comportamento prático de dois sensores amplamente utilizados na prática: o LDR

(sensor óptico) e o NTC (sensor de temperatura). II. Lista de material

- 01 Placa Didática – "Conexão Darlington" - 01 módulo com motor de 12V CC com hélice e l lâmpada 12V x 21W - 01 multímetro digital TEKTRONIX - 01 fonte de tensão contínua de 12V - 01 LDR de 1,6kΩ montado na base - 01 NTC de 1kΩ montado na base - 01 resistor de: 680Ω, 2kΩ, 10kΩ e 15kΩ - fios para ligações - cabos banana-banana III. Parte Prática: 1) O LDR ("Ligth Dependent Resistor" ou Resistor Dependente da Luz)

1.1) A placa didática desta experiência pode ser visualizada na figura 1. Note que existem espaços

livres para a montagem de alguns componentes e terminais para conexões com dispositivos externos.

Figura 1 - Vista da placa didática a ser utilizada ao longo do experimento.


1.2) Inicialmente, utilize o multímetro para medir o valor da resistência do LDR (identifique-o

orientando-se pela figura 4) para as condições (subjetivas) de claro e escuro.

RLDRclaro=_________Ω RLDRescuro=_________Ω

Complete a frase a seguir: Com o aumento da luminosidade a resistência do LDR _______________ porque a quantidade

de portadores de corrente no material fotossensível __________________ .

1.3) Monte o circuito abaixo na placa didática. Note que existem espaços livres para a montagem de R1, LDR, R2 e que os terminais do relé (C = Comum, NF = Normalmente Fechado e NA = Normalmente Aberto) e os de alimentação (Vcc e GND) estão livres para conexão externa. A lâmpada está num módulo a parte (vide figura 2). Ajuste o cursor do potenciômetro para a posição central (permitido pela sua excursão) e no final, ligue a alimentação (fonte de 12V).

Figura 2 - Esquema elétrico do ser circuito a ser montado ( a ) e detalhes dos itens a serem

anexados ao circuito ( b ).

1.4) Escolha uma opção e complete a frase a seguir:

Quando o LDR recebe luminosidade, a lâmpada: acende apaga Porque a resistência do LDR ______________ fazendo com que as correntes de base e de

coletor ________________ causando o __________________ do relé.

1.5) Verifique a atuação do potenciômetro na sensibilidade à luz do circuito.

R1

LDR

POT 1 (1k Ω)

12VVCC

lâmpada

R2 = 2k Ω

BC547

BD139

relé

NF

NA

CR1 = 15kΩ

(a) ( a )

R2 = 2kΩ

POT1 = 1kΩ

(b) MOTOR

- +

LÂMPADA SENSOR ( b )


1.6) Escolha uma opção e complete a frase a seguir: Na posição de mínima resistência do potenciômetro a sensibilidade do circuito à luz:

aumenta diminui

Porque as correntes de base e coletor _______________ não permitindo que o relé seja _______________ tão facilmente quanto para a posição de máxima resistência.

2) NTC ("Negative Temperature Coefficient" ou Resistência de Coeficiente

Negativo com a Temperatura)

2.1) Antes de montar o circuito, utilize o multímetro para medir o valor da resistência do NTC para temperatura ambiente. Em seguida, segure bem firme o NTC com a ponta dos dedos. Espere uns 10 segundos e anote o novo valor da resistência lida.

RT.ambiente=_______Ω RT.aquecido=_______Ω


A resistência do NTC _____________________ com o aquecimento, pois, seu coeficiente de temperatura é __________________ . 2.2) Monte o circuito abaixo na mesma placa didática, mas agora o sensor (NTC) estará no módulo

externo (como mostra a figura 3) e conectado à placa através de fios, bem como a lâmpada e o motor com a hélice. Ajuste o cursor do potenciômetro todo para a esquerda e ligue a alimentação (fonte de 12V).

R1

NTC(Módulo externo)

POT 1 (1k)

12VVCC

Lâmpada

(Módulo externo)

R2=1k2 Ω

BC547

BD139

U3

relé

NF

NA

C

Motor com Hélice

(Módulo externo)

+_

Figura 3 – Circuito a ser montado (a) e detalhes da base (módulo externo) com os elementos adicionais (b).

R1= 10kΩ

R2= 680Ω

(b) (a)

POT1 = 1kΩ


2.3) Gire o cursor do potenciômetro totalmente no sentido anti-horário para em seguida girá-lo

lentamente no sentido horário até que ligue o motor. Volte ligeiramente o potenciômetro até que o motor desligue. Aguarde um pouco. Observe e descreva o comportamento do sistema.

Obs: se não for conseguido o funcionamento automático do circuito, aumente sua sensibilidade à

variação de temperatura. Acrescente um resistor de 15kΩ em paralelo a R1.

2.4) Sugira uma aplicação prática para esse sistema.

IV. Conclusões Informações Teóricas

Os sensores eletrônicos são dispositivos que mudam de comportamento sob a ação de uma

grandeza física, podendo fornecer diretamente ou indiretamente um sinal que indique esta grandeza. Quando operam diretamente, convertendo uma forma de energia noutra, são chamados transdutores. Os sensores de operação indireta alteram suas propriedades, como a resistência, a capacitância ou a indutância, sob ação de uma grandeza física, de forma mais ou menos proporcional.

O sinal de um sensor pode ser usado para detectar e corrigir desvios em sistemas de controle e instrumentos de medição.


Sensores de Luz

Os sensores de luz são muito utilizados em fotometria (incluindo analisadores de radiações e

químicos). Também fazem parte de sistemas de controle de luminosidade, como os relés fotoelétricos de iluminação pública e de sensores indiretos de outras grandezas, como velocidade e posição (fim de curso).

LDR

O LDR ( Resistor Dependente da Luz ) possui a interessante característica de ser um componente

eletrônico cuja resistência elétrica diminui quando sobre ele incide energia luminosa. Isto possibilita a utilização deste componente para desenvolver um sensor que é ativado (ou desativado) quando sobre ele incidir energia luminosa.

A resistência do LDR varia de forma inversamente proporcional à quantidade de luz incidente sobre ele, isto é, enquanto o feixe de luz estiver incidindo, o LDR oferece uma resistência muito baixa. Quando este feixe é cortado, sua resistência aumenta.

Os usos mais comuns do LDR são em relés fotoelétricos, fotômetros e alarmes. Sua desvantagem está na lentidão de resposta, que limita sua operação.

Figura 4: Aspecto físico típico de um LDR Sensores de Temperatura

O controle de temperatura é necessário em processos industriais ou comerciais, como a refrigeração de alimentos e compostos químicos, fornos de fusão (produção de metais e ligas), destilação fracionada (produção de bebidas e derivados de petróleo), usinas nucleares e aquecedores e refrigeradores domésticos.

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Termistores (NTC e PTC) Os termistores são resistores semicondutores termicamente sensíveis. O NTC (Coeficiente Negativo de Temperatura) tem resistência inversamente proporcional à

temperatura. Ele é feito de compostos semicondutores, como os óxidos de ferro, magnésio e cromo. Devido a seu comportamento não linear é utilizado numa pequena faixa de temperaturas.

Os NTC's podem ser usados como sensores de temperatura em diversas aplicações, exemplo: limitador de picos de corrente.

O PTC (Coeficiente Positivo de Temperatura) tem resistência proporcional à temperatura e atua numa faixa restrita. A variação da resistência é maior que a de um NTC, na mesma faixa. Geralmente é usado como fusível "resetável", elemento de aquecimento e sensor de temperatura.

Relés Os relés são dispositivos comutadores (ou chaves) eletromecânicos. A estrutura simplificada de

um relé é mostrada na figura abaixo. Nas proximidades de um eletroimã é instalada uma armadura móvel que tem por finalidade abrir ou fechar um conjunto de contatos. Quando a bobina é percorrida por uma corrente elétrica, é criado um campo magnético que atua sobre a armadura, atraindo-a. Nesta atração ocorre um movimento que ativa os contatos, os quais podem ser abertos ou fechados. Isso significa que, através de uma corrente aplicada à bobina do relé, podemos abrir ou fechar os contatos, controlando assim as correntes que circulam por circuitos externos. Quando a corrente deixa de circular pela bobina do relé, o campo magnético criado desaparece, e com isso a armadura volta a sua posição inicial pela ação de uma mola. Dessa forma, o relé pode ser usado como uma chave ligando ou desligando um circuito externo.

Figura 6: Estrutura simplificada de um relé e sua simbologia.

Aberto Fechado Vedado

Figura 7: Aspectos físicos típicos de relés.

2

1

4

3

Símbolo

Armadura Mola

Bobina

Núcleo

3

4

1

2

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