Escola Politécnica - USP - Laboratório de Sistema …§a a frequência de oscilação do circuito com o multímetro e observe o que acontece com a forma de onda de saída para os

Escola Politécnica - USP

PSI 2327 Laboratório de Eletrônica IIIExp 5: Osciladores RC

Equipe:-

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Turma:

Profs: --

Data de Realização do Experimento: Nota:

Bancada:

2005

PEE 327 - Laboratório de Eletrônica III

Experiência 5 – Osciladores RC 2

1. Introdução

Os osciladores tem a função de gerar formas de onda diversas, como onda senoidal, ondaquadrada e rampa. Nesta experiência serão estudados osciladores senoidais constituido de umamplificador principal e malhas de realimentação compostas por resistores e capacitores. Serãoestudados os osciladores de defasagem, ponte de Wien e ponte de Wien com controle automáticode ganho.

2. Projeto

Obs: Utilize resistores e capacitores da série E12 (10; 12; 15; 18; 22; 27; 33; 39; 47; 56; 68; 82)

2.1 Oscilador de Defasagem

2.1.1 Deduzir a expressão de frequência de oscilação e ganho de amplificador para um osciladorde defasagem por atraso de fase (figura 2b da pág.3 da apostila), colocando a dedução em anexo.

2.1.2 Quais são os critérios para a escolha de R1 e R3 do circuito da figura 1 do item 3.1?

2.1.3 Calcular os valores de P1, R3 e C (= CA = CB = CC) no circuito da figura 1 do item 3.1 parafosc = 1kHz. Considere RA = RB = RC = R = 1k2, R2’ = 1MΩ e R1 = 47kΩ. Transponha os valorespara a tabela 1 do item 3.1.1.

P1 R3 C



2.1.4 Represente as formas de onda esperadas nos pontos A, B, C (amplitude e defasagem) parauma onda senoidal de amplitude 10 Volts (pico) na saida S.

2.1.5 Verifique se a máxima frequência de oscilação é imposta pelo “SLEW-RATE” ou pelafrequência de corte superior do amplificador.



2.1.6 Calcule as frequências de oscilação máxima e mínima do circuito considerando astolerâncias dos componentes utilizados (use valores extremos de resistência e capacitância eassuma que as três células defasadoras são idênticas). (R ± 5%; C ± 30%).

fosc máx fosc min



2.2 Oscilador Ponte de Wien

2.2.1 Calcular os valores dos componentes do circuito da figura 2 (item 3.2) para fosc = 1kHz.Considere CA = CB = C = 27nF, R2’ =10kΩ, R1 = 5k6Ω e R = RA = RB.

R P1

2.2.2 Represente as formas de onda esperados nos pontos S e B, destacando as diferenças defase e amplitude. Considere na saída uma onda senoidal de 10 Volts de amplitude (pico).



2.2.3 Verifique se a máxima frequência de oscilação é imposta pelo “SLEW-RATE” ou pelafrequência de corte superior do amplificador.

2.2.4 Calcule as frequências de oscilação máxima e mínima do circuito considerando astolerâncias dos componentes utilizados (use valores extremos de resistência e capacitância eassuma que RA = RB e CA = CB). (R ± 5%; C ± 30%).

fosc máx fosc min



2.3 Oscilador Ponte de Wien com Controle Automático de Ganho

2.3.1 Obtenha do manual do BF245C a característica IDS × VDS do TECJ na região de resistênciacontrolada. Determine os valores da resistência RDS para diferentes valores de VGS (0; 0,5 V;1,0 V; 1,5 V; ... ; VP). Trace a curva RDS × VGS do TECJ.

2.3.2 Dado o circuito da figura 3 (item 3.3):

-para fosc = 1kHz e CA =CB = C = 27nF, calcule o valor de R, onde R = RA =RB.

R =

-para VGSq = Vp/2, calcule a resistência RDSq do TECJ (BF245C).

RDSq =



-adotando R1’ = 5k6Ω e R2’ = 10kΩ, calcule R2 e P1.

R2 P1

-para Cp = 0,1 µF, calcule Rp de forma que a constante de tempo Cp×Rp seja 100 vezesmaior que o período de oscilação do circuito.

Rp =

2.3.3 Para o circuito projetado, calcule a faixa de variação obtenível de amplitude de saída.Considere Vd = 0,6 V. Trace a curva Vs X Rx. (coloque os cálculos e a curva em folha anexa logoa seguir).

2.3.4 Considerando na saída um sinal de amplitude 10V pico, represente as formas de ondaesperadas nos pontos A, B, C e na saída S. (coloque os cálculos e as formas de onda em folhaanexa logo a seguir).



3. Procedimento Experimental e Análise dos Resultados

3.1 Oscilador com Atraso de Fase

Fig.1 - Oscilador por Atraso de Fase

3.1.1 Monte o circuito da figura 1, medindo previamente os valores de resistência e capacitância.

Tabela 1: Valores de resistências e capacitâncias.

RA RB RC R1 R2’ R3 P1 CA CB CC

Calculado 1k2Ω 1k2Ω 1k2Ω 47kΩ 1MΩ

Nominal 1k2Ω 1k2Ω 1k2Ω 47kΩ 1MΩ 470kΩ

Medido

3.1.2 Conecte o estrape E1 à saída (posição 2). Varie o potenciômetro P1 até que o circuito oscilecom mínimo de distorção. Utilizando o program PEE54600B imprima a forma de onda em S e sua FFT(no mesmo gráfico). Verifique se é possível ajustar P1 para um sinal sem distorção e com umaamplitude arbitrária entre zero e próximo de Vcc. Comente.



3.1.3 Anote abaixo o valor da frequência de oscilação de saída medida com o multímetro. Verifiqueo que acontece com a frequência de oscilação ao se variar P1. Comente.

fosc =

3.1.4 Ajuste P1 para um sinal de saída com distorção mínima. Imprima as formas de onda dospontos A, B, C e da saída S sincronizadas no tempo. Meça com o osciloscópio as diferenças defase e amplitude e anote-as nas impressões. Comente.

Verifique o que acontece com a distorção da onda seniodal à medida que o sinal passapelas células defasadoras (pode-se utilizare o recurso de FFT do osciloscópio). Comente.

3.1.5 Desligue a alimentação e meça o valor de P1 desconectando o estrape E2 e anote na tabela 1.



3.2 Oscilador Ponte de Wien

Fig. 2 Oscilador Ponte de Wien

3.2.1 Monte o cirtcuito da figura 2, medindo previamente os valores de resistência ecapacitância.

Tabela 2: Valores de resistência e capacitância

RA RB R1 R2’ P1 CA CB

Calculado 5k6Ω 10kΩ 27nF 27nF

Nominal 5k6Ω 5k6Ω 5k6Ω 10kΩ 4,7kΩ 27nF 27nF

Medido

3.2.2 Varie o potenciômetro P1 até que o circuito oscile com mínimo de distorção. Utilizando oprograma PEE54600B imprima a forma de onda em S e a sua FFT (no mesmo gráfico). Verifique seé possível ajustar P1 para um sinal sem distorção e com uma amplitude arbitrária entre zero epróximo de Vcc. Compare com o resultado do item 3.1.2 e comente.



3.2.3 Anote abaixo o valor da frequência de oscilação de saída medida com o multímetro. Verifiqueo que acontece com a frequência de oscilação ao se variar P1. Comente.

fosc =

3.2.4 Ajuste P1 para uma forma de onda de saída com distorção mínima. Imprima as formas deonda dos pontos S e A. Meça com o osciloscópio as amplitudes e defasagens destas duas formasde onda e anote-as na impressão. Comente.

3.2.5 Desligue a alimentação e meça o valor de P1 desconectando o estrape E1 e anote na tabela 2.

3.2.6 Reconecte o estrape E1 e religue a alimentação. Meça a frequência de oscilação do circuitocom o multímetro e observe o que acontece com a forma de onda de saída para os seguintesvalores de C: 20 nF, 10 nF, 9 nF, 8 nF, 7 nF, 6 nF, 3 nF, 2 nF e 1 nF (utilize duas caixa decapacitâncias, disponíveis na mesa do professor – recoloque-as na mesa do professor após ouso). Reajuste o potenciômetro P1 para distorção mínima na saída. Monte uma tabela com afrequência de oscilação teórica e experimental em função da capacitância C. Observarprincipalmente o efeito do Slew Rate. Imprima a forma de onda de saída para C = 20 nF e para C =1 nF. Comente.

Tabela 3: fosc X C

C fosc teórico fosc experimental

27nF

20nF

10nF

9nF

8nF

7nF

6nF

3nF

2nF

1nF



3.3 Oscilador Ponte de Wien com Controle Automático de Ganho

Fig. 3 Oscilador Ponte de Wiem com Controlador Automático de Ganho



3.3.1 Monte o circuito da figura 3, medindo previamente os valores de resistência e capacitância.

Tabela 4: Valores de resistência e capacitância

RA RB Rp R1’ R2’ P1 P2 CA CB Cp

Calculado 5k6Ω 10kΩ 27nF 27nF 0,1µF

Nominal 5k6Ω 5k6Ω 1MΩ 5k6Ω 10kΩ 4,7kΩ 4,7kΩ 27nF 27nF 0,1µF

Medido

3.3.2 Ajuste o potenciômetro P2 para um valor máximo de resistência Rx. Varie P1 e observe o queacontece na saída e com a tensão VGS. Anote o que observou.

Ajuste P1 de forma a se polarizar o TECJ próximo do ponto VGSq = VP/2. Meça o valor datensão VGS. Comente

VGSq =

3.3.3 Varie P2 e observe o que acontece com o sinal de saída e com a tensão VGS. Determine afaixa ajustável de amplitude do sinal de saída. Compare com o valor obtido no item 2.3.3.



3.3.4 Ajuste P2 para que Vs tenha uma amplitude próxima de 10 Vpp. Utilizando o programaPEE54600Ba a forma de onda em S e a sua FFT (no mesmo gráfico). Compare com o resultado doitem 3.2.2 e comente.

3.3.5 Meça o valor pico-a-pico do sinal de saída e o valor de Rx para 4 ou 5 valores entre osextremos ajustáveis de sinal de saída (para cada amplitude de saída, desligue a alimentação edesconecte o estrape E1 para a medida de Rx). Compare com os valores previstos no item 2.3.3.

Tabela 5: Rx X Vpp

Vpp

Rx

3.3.6 Troque o capacitor Cp por um de 1.0 nF e observe o que acontece com o sinal de saída.Explique.



3.3.7 Troque o capacitor Cp por um de 10 µF (RESPITE A POLARIDADE: O TERMINAL NEGATIVODEVE SER CONECTADO À PORTA DO TRANSISTOR !) e observe o que acontece com o sinal dasaída, variando P1 . Explique.

4. Conclusões

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