Laboratório de eletrônica analógica II · UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA Laboratório de eletrônica

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA

CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

Laboratório de eletrônica

analógica II

Professor Volney Coelho Vincence,

2018

Laboratório de Eletrônica Analógica II Prof. Volney C. Vincence

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Sumário

LAB-1: Apresentação do programa --------------------------------------------------------------------------------------2

LAB-2: Espelho de corrente ----------------------------------------------------------------------------------------------- 5

LAB-3: Polarização do par diferencial --------------------------------------------------------------------------------11

LAB-4: Caracterização do par diferencial---------------------------------------------------------------------------- 13

LAB-5: Amplificador inversor, não inversor e buffer com ampop ------------------------------------------ 15

LAB-6: Amplificador subtrator ----------------------------------------------------------------------------------------- 16

LAB-7: Aplicações derivador e integrador Inversor-------------------------------------------------------------- 17

LAB-8: Projeto 1 Amplificador de instrumentação ----------------------------------------------------------------18

LAB-9: Prova 1 Referente às experiências anteriores----------------------------------------------------------- 20

LAB-10: Resposta em Frequência do Ampop---------------------------------------------------------------------- 20

LAB-11: Medição de tensão e Corrente de Offset do Ampop--------------------------------------------------22

LAB-12: Medição do Slew Rate do Ampop ------------------------------------------------------------------------- 23

LAB-13: Retificador de Precisão --------------------------------------------------------------------------------------- 24

LAB-14: Comparador Regenerativo- Schimitt Trigger -----------------------------------------------------------25

LAB-15: Projeto 2 Multivibrador Monoestavel -------------------------------------------------------------------- 26

LAB-16: Filtros de Segunda Ordem ----------------------------------------------------------------------------------- 27

LAB-17: Projeto 3 Gerador de Forma de Onda ---------------------------------------------------------------------28

LAB-18: Prova 2 Referente as experiências anteriores ----------------------------------------------------------28


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LAB-1 - Apresentação do Programa

ORIENTAÇÃO PARA AS AULAS DE LABORATÓRIO

As turmas estarão divididas em sub-grupos: A, B, C, D (1, 2, 3, 4, 5) de, no máximo,

dois alunos, que trabalharão em conjunto, em cada experiência, apresentando pré-relatórios

e relatórios em nome dos dois.

Procedimentos para as experiências a serem realizadas

1 – Os alunos deverão retirar uma cópia do caderno de roteiros no setor de fotocópias

do CCT.

2 – Na preparação da experiência deverá ser realizado o projeto (quando solicitado),

um estudo da teoria e a simulação em computador. Estes itens farão parte de um pré-

relatório que será entregue, obrigatoriamente, até o dia da experiência, antes de sua

realização. A não apresentação do mesmo impedirá a realização da experiência. O pré-

relatório deverá conter:

Folha de rosto: título da experiência, a informação de que se trata de pré-

relatório e identificação;

Corpo do pré-relatório: resumo; introdução teórica; revisão da literatura;

desenvolvimento; referências bibliográficas.

3 – Depois de realizada a experiência os alunos deverão preparar um relato do ocorrido

em laboratório (relatório da prática), que deverá ser entregue até o dia da experiência

seguinte (prazo final). Esse relato deverá conter:

Folha de rosto: título da experiência, a informação de que se trata do relatório da

prática e identificação;

Corpo do relatório: desenvolvimento; conclusões; referências bibliográficas.

A nota RX (X = 1, 2, 3, 4, 5 e 6) será composta de: nota do pré-relatório (por

subgrupo – de 0 a 3) + avaliação da participação do aluno na prática (individual – de 0

a 3) + nota do relatório da prática (por subgrupo – de 0 a 4).


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TABELAS PARA PONTUAÇÃO

1. PONTUAÇÃO PARA OS PRÉ-RELATÓRIOS

1. Folha de Rosto 0,15

2. Resumo (objetivo da experiência) 0,15

3. Introdução Teórica (um resumo da teoria que envolve o assunto) 0,45

4. Revisão da Literatura (pesquisa bibliográfica do assunto) 0,55

5. Desenvolvimento (projeto, quando houver; simulação; resultados esperados). 1,40

6. Referências Bibliográficas (identificação dos documentos utilizados na pesquisa)

0,30

2. PONTUAÇÃO PARA OS RELATÓRIOS

1. Folha de Rosto 0,2

2. Desenvolvimento (montagem da experiência; medidas realizadas; métodos utilizados; resultados obtidos; análise dos resultados obtidos).

2,8

3. Conclusões (dificuldades encontradas; comparação entre o esperado e o realizado; sugestões).

0,6

4. Referências Bibliográficas (identificação dos documentos utilizados no trabalho) 0,4

INSTRUÇÕES GERAIS

Aulas práticas com 02 (dois) alunos por bancada; os alunos podem e devem discutir os procedimentos e resultados com os colegas e o professor, mas é preciso entender os objetivos da experiência e tirar suas conclusões individualmente;

Horário de início das aulas será rigorosamente cumprido;

É imprescindível o uso da apostila para realização dos experimentos, sem a qual o aluno será impedido de fazer a prática;

O atraso máximo permitido aos alunos será 10 minutos; após esta tolerância, o aluno poderá entrar na sala e fazer a prática, mas ficará com registro de falta na aula, podendo substituir até uma aula sem justificativa;

Ao terminar de fazer a prática e colher seus dados experimentais, o aluno poderá ir embora, após organizar todo o material utilizado;

Controle de Freqüência: chamada todas as aulas

O descumprimento das Normas de Utilização será julgado pelo professor, que poderá a seu critério, aplicar um redutor no coeficiente de presença na aula de 0 a 100% (marcar falta), o que alterará a ponderação do cálculo da média de laboratório.


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NORMAS DE UTILIZAÇÃO DO LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA ANALÓGICA

1) Cada aluno deverá informar ao professor da disciplina qual será a sua bancada de trabalho durante todo o semestre e ficará responsável pela conservação da mesma (mesa, equipamentos, bancos, etc.);

2) Ao iniciar a aula, o aluno deverá informar ao professor qualquer problema verificado com sua bancada;

3) Ao terminar a aula, o aluno deverá deixar sua bancada em perfeita ordem, observando:

a) Os bancos deverão ser colocados sob as mesas;

b) As mesas deverão estar limpas, sem resíduos de borrachas, restos de papel, copos descartáveis, etc.;

c) Os equipamentos deverão estar desligados e em ordem para o aluno que for utilizar a bancada em seguida:

O osciloscópio com os dois canais calibrados, em DC, foco ajustado, trigger em AUTO, base de tempo calibrada;

Multímetro em DC VOLTS, escala de 20 v;

Gerador com DC offset fechado, freqüência em 1khz, onda senoidal, amplitude baixa e atenuador em 0db;

MB-U com as fontes PS-1 e PS-2 zeradas.

4) As placas, cabos, fios, alicates e componentes eletrônicos deverão ser colocados onde foram encontrados, e os fios usados em protoboard devem ser devolvidos em ordem;

5) Defeitos constatados em componentes, cabos ou equipamentos deverão ser comunicados ao professor para que sejam tomadas providências no sentido de efetuar-se a manutenção adequada;

6) As tensões utilizadas durante as aulas são geralmente baixas, mas lembre-se que tensões acima de 50 v podem matar; portanto, preste bastante atenção no circuito que está montando e só ligue após ter absoluta certeza do que está fazendo.

PENSE PRIMEIRO, FAÇA DEPOIS!

Não é permitido aos alunos fumar, comer ou beber dentro do Laboratório Didático.


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LAB-2 - Espelhos de Corrente 1)Objetivos: Familiarizar o aluno com o transistor MOSFET com aplicações do CI CD4007. Espelhar ou replicar correntes, normalmente empregadas na polarização de CI´s.

Introdução teórica:

Transistor de Efeito de Campo: Um transistor bipolar de junção (TBJ) NPN ou PNP é um dispositivo de corrente controlada no qual estão envolvidas correntes de elétrons e lacunas. O transistor de efeito de campo (TEC) é unipolar. Ele opera como dispositivo de tensão controlada com a corrente de elétrons no canal N ou a corrente de lacunas no canal P. Os dispositivos TBJ ou TEC podem ser usados em um circuito amplificador (ou outros circuitos semelhantes, desde que sejam adequadamente polarizados). Existem dois tipos: o transistor de efeito de campo de junção (abreviadamente TECJ ou JFET – Junction Field Effect Transistor) e o transistor de efeito de campo de porta isolada (IGFET – Insulated Gate Field Effect Transistor), mais comumente chamado transistor metal-óxido-semicondutor (TECMOS ou MOSFET – Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). O transistor de efeito de campo difere do transistor de junção bipolar nas seguintes características importantes:

1. É de fabricação simples e ocupa menos espaço. O MOSFET quando integrado ocupa menos da área da pastilha ocupada pelo transistor bipolar. Desta maneira, são amplamente utilizados para integração em larga escala (LSI).

2. Em uma parte da faixa de operação dos MOSFET, eles atuam como elementos resistivos controlados por tensão e ocupam área muito menor que o resistor de CI correspondente.

3. Apresenta alta impedância de entrada (até 1014 Ω). Isto significa que a constante de tempo do circuito de entrada é bastante grande para possibilitar que a carga armazenada na pequena capacitância de entrada permaneça por tempo suficiente para que o dispositivo seja utilizável como elemento de memória em circuitos digitais.

4. Possui capacidade de dissipar potências elevadas e comutar grandes correntes em alguns nanossegundos.

5. É menos ruidoso do que um transistor bipolar, e, portanto mais adequando para estágios de entrada de amplificadores de baixo nível (é extensivamente usado em receptores FM de alta fidelidade).

6. Os MOSFETS quando utilizados na configuração complementar CMOS, a dissipação de potência quiescente é essencialmente nula em baixas frequências.

As principais desvantagens do FET são apresentar uma relativamente pequena banda de ganho em comparação com o TBJ e maior susceptibilidade a danos quando manuseado. O uso de dielétrico de porta, normalmente dióxido de silício, apresenta uma das grandes vantagens do MOSFET, conferindo lhe altíssima impedância de entrada, comparada aos transistores BJTs. No entanto, este fato também traz uma grande desvantagem. O dióxido de silício apresenta ruptura dielétrica para campos elétricos da ordem de 2 x 107 V/cm. Assim, um transistor com espessura de óxido de porta de 10 nm, rompe com tensão da ordem de 20 V.


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Característica de Transferência:

A característica de transferência é um gráfico da corrente de dreno ID em função da tensão porta-fonte, VGS, para um valor constante da tensão dreno-fonte, VDS. A característica de transferência pode ser obtida diretamente a partir de medidas da operação do dispositivo ou desenhada a partir das características de dreno.

Parâmetros do MOSFET:

Os fabricantes especificam vários parâmetros para descrever o dispositivo MOSFET e tornar possível a escolha entre várias unidades. Alguns dos parâmetros mais úteis especificados são: • Cox – Capacitância do óxido • Vt - Tensão de corte (estrangulamento) porta-fonte. A tensão porta-fonte, abaixo da qual, a

corrente no canal dreno-fonte é nula. Nos catálogos dos fabricantes, denotada por VGS(OFF) ou Vt.

• gm - a transcondutância. O valor de gm diz quanto a corrente AC mudará quando se aplica uma tensão porta-fonte AC. gm é medido em Siemens (S).

Normalmente também são fornecidos pelos fabricantes vários outros parâmetros relacionados com a capacitância do dispositivo, tensão de ruído, tempos para ligar e desligar e potência de operação. O FET de Metal-Óxido-Semicondutor (MOSFET) A estrutura básica e o símbolo dos MOSFETs de canal N e canal P tipo depleção são mostrados nas Figuras 1a e 1b, respectivamente. As Figuras 1c e 1d mostram a estrutura básica e o símbolo dos MOSFETs de canal N e canal P tipo acumulação.


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Fig. 1 – Diagrama esquemático e símbolo do MOSFET: (a) tipo depleção canal N; (b) tipo

depleção canal P; (c) tipo acumulação canal N; (d) tipo acumulação canal P.

A diferença básica entre os MOSFETs tipo acumulação e depleção está no canal, ou seja, no modo acumulação para se formar o canal, deve-se aplicar uma tensão de porta-fonte; no modo depleção o canal já é formado (fabricado), e a tensão porta-fonte controla a largura do mesmo. A Fig. 2 mostra as curvas de transferência do JFET e dos MOSFET tipo depleção e acumulação.

Fig. 2 – Características de transferência: (a) do JFET; (b) do MOSFET canal N modo de

depleção; (c) do MOSFET canal N modo de acumulação. O Circuito Integrado 4007 A pinagem da matriz de transistores CD4007 é mostrada na Fig. 3. Esta matriz é

constituída de 6 transistores MOSFET de acumulação, 3 de canal-P e 3 de canal-N, os quais

são conectados internamente com o objetivo de reduzir a quantidade de pinos no CI, mas

por outro lado reduzindo a flexibilidade.

Fig.3 –Pinagem da matriz de transistores CD4007

NOTAS: O pino 14 deve ser conectado no potencial mais positivo, e o pino 7 no

potencial mais negativo. Por uma questão de segurança, mantenha a tensão entre os pinos


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7 e 14 abaixo de 16 V para evitar tensão de ruptura. Esteja certo que foi desligada a

alimentação antes de alterar qualquer conexão do circuito.

2) Componentes: Circuito integrado: CD 4007, Resistores: 5.6K (2), 56K (2), 10k (2), 4.7K (4), 1k, 2,2k, 3,3k, 22k, 33k, 100k, 220k, 330k

3) Procedimentos: 3.1)Circuito: Espelho de Corrente MOSFET-P

Fig. 4.: Espelho de corrente simples com transistores canal-P.

O circuito mostrado na Fig.4 é conhecido como espelho de corrente, assim a

corrente ID no transistor M2 idealmente é duplicada (espelhada) como a corrente IB em M1. A

corrente no resistor RB é:

(1)

A corrente em ambas as portas é zero, pela KCL a corrente de dreno de M1 deve ser

igual a IB. A ação de espelhamento ocorre porque a configuração do circuito força M1 e M2

terem a mesma tensão fonte-porta VSG. Assim, sendo os transistores M1 e M2 casados

(fabricados na mesma pastilha de CI), tendo a mesma tensão VSG e estarem ambos

operando na saturação, eles terão, idealmente, a mesma corrente de dreno. ID = IB. Note que

este argumento não depende da lei quadrática do modelo devido justamente ao casamento.

A configuração de M1, com a porta e o dreno juntos, é equivalente a uma conexão

diodo para o MOSFET. Isto é porque o MOSFET vem a ser essencialmente um elemento de

dois terminais o qual somente conduz corrente quando a tensão exceder a tensão de limiar

(similar ao diodo, o qual somente conduz quando a tensão de diodo é excedida ≈ 0,7V).

Note que a conexão diodo deve estar na região de saturação, assim a conexão da porta com

o dreno força VGD = 0, o que assegura o estrangulamento (pinch off) do canal no terminal de

dreno.

Neste laboratório será usado diferentes valores de RB para ajustar a corrente no

MOSFET conectado como diodo. Para resolver exatamente com VSG e RB o problema de


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projeto, usaremos a equação quadrática a qual relaciona IB e VSG para o elemento de canal

P:

(2)

Para o CD4007 os parâmetros são os seguintes:

NMOS - N4007 PMOS - P4007

kn = 100 µA/V2 Kp = 50 µA/V2

Vtn = 2,0 V Vtp = -1,5 V

W = 60 µm W = 30 µm

L = 10 µm

λn = 0,001 V-1

L = 10 µm

λp = 0,035 V-1

Onde kn = µnCox e kp = µpCox

Característica ID-VDS para vários valores de VGS (Canal-P)

A) Monte o circuito da Fig. 1. Para RB use 5,6 kΩ e 56 kΩ. Meça os valores dos resistores para uma maior precisão.

B) Para cada valor de RB, meça o valor de VSG associado a cada um deles. Anote este valor na tabela 1. Também, meça a queda de tensão VRB, calcule a corrente IB usando o valor de RB do item 1, anote os valores na tabela 1.

C) Para cada valor de RB, substitua os diferentes valores de RLD indicado na tabela 1. Meça a queda de tensão VLD através do resistor RLD, a tensão VSD e a corrente ID. Anote os dados na tabela 1. Para cada valor de RLD, calcule a corrente ID = VLD/RLD. Para economizar tempo, pule os valores com os quadros sombreados da tabela. Estes pontos não trazem muita informação.

Tabela 1: Dados do espelho canal-P.


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3.2) Espelho de corrente duplo com transistores canal-P.

Fig. 6 Espelho de corrente duplo com canal-P

A) Monte o espelho de corrente PMOS da Fig. 6. B) Use o multímetro digital para medir as tensões dos nós A, B, C e E. C) Curte circuite R1A, anote os valores novos e antigos, e particularmente a variação na tensão. D) Remova R1A e R2A, e curte circuite os nós B e D. Anotem os valores da corrente que flui

através dos pontos A e B na tabela 3 respectivamente. E) Tire conclusões dos resultado obtidos anteriormente.

:


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LAB-3 - Polarização e Ganho do Par Diferencial

1) Objetivos: Estudos do par diferencial com BJT.

2) Componentes:

-C. I. (3) BC548B,

-Resistores: (2) 6,8k, (2) 10k, (1) 5,6k, (1) 12k, (1) 3,3k, (1) 1, (1) 100k, (1) 1k

-Capacitores: (4) 10u F, (1) 100u F.

3) Procedimento:

3.1) Polarização com resistor de emissor:

- Calcule e meça o ponto Q (Vbe, Vce e Ic) do circuito apresentado.

- Faça v1 = vg e v2 = 0 v (terra) e meça o ganho de tensão de modo diferencial AVd = vo/vg.

- Faça v1 = v2 = vg (gerador de funções) e meça o ganho de tensão modo comum AVC = vo/vg.

- Calcule estes ganhos teoricamente e compare com os valores medidos.

Fig.1: Amplificador diferencial. Fig.2: Montagem fonte em série

3.2) Polarização com fonte de corrente:

- Substitua o resistor de polarização RE pelo circuito abaixo, onde o transistor T3 está polarizado para funcionar como uma fonte de corrente constante. Calcule o valor desta corrente de polarização.

- Meça o ponto Q do circuito e verifique se é aproximadamente o mesmo do item (1.1) anterior

- Meça novamente os ganhos AVC e AVd resultantes, através do mesmo procedimento anterior, e compare-os nas duas situações (com polarização do par através de RE e através da fonte de corrente). O que ocorreu com os ganhos diferenciais e modo comum? Explique.


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Fig. 3: Espelho de corrente.

4) No relatório:

Comentar os resultados obtidos, tirar conclusões e apresentar sugestões para melhoria do experimento.


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LAB-4 - Caracterização do Par Diferencial

1. Objetivos: Estudos do par diferencial com MOSFET. Neste laboratório pretende-se obter as

características DC e AC do par diferencial realizado com transistores MOEFTs.

2. Componentes: CI 4007, RD1 = RD2 =47k, R3 = 27k, 1 R4 = 56 k.

3. Equipamento: Protoboard, multímetro, fonte de alimentação, gerador de sinais e osciloscópio.

Fig. 1: Amplificador diferencial.

4. Procedimentos:

a)-Alimente o circuito com ± 6V fonte simétrica.

b)-Medir níveis DC.

c)-Meça o ganho 0 2 iV /V

e o ganho diferencial d 0 2 0 1 iA = (V -V )/V

. Observe que existe uma defasagem de 180º entre as duas saídas. Isso faz com que o ganho Ad seja o dobro.

d)-Determine a frequência de corte superior. (Como deve estar a chave AC/DC do osciloscópio? Por quê?).


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e)-Com as duas portas aterradas (Vin1=Vin2=0V), medir o nível DC entre as duas saídas. A

tensão de off-set O S 0 2 0 1 dV = (V -V )/A

.

f)-Retire os terras das bases. Conecte as bases entre si e aplique a tensão do gerador neste ponto. Medir o ganho de modo comum referente a uma das saídas.

Fig.2: Montagem fonte em serie.

-Compare as medidas realizadas com os resultados teóricos. Tire conclusões.

-Realize a simulação do circuito.


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LAB-5 - Amplificador Inversor, Não Inversor e Buffer com Ampop

Fig.1: Pinagem LM741 Fig.2: Pinagem TL082

1) Objetivos: Comprovar a validade das equações que definem o ganho d amplificador inversor, não inversor e Buffer.

2) Componentes e instrumentação: 1 ampop 741, Resistores.

3) Procedimentos: Fig.3: Acoplamento LM741

- Projetar um amplificador inversor de ganho 22 e impedância de entrada igual a 15kΩ.

- Montar o circuito amplificador inversor (não inversor e Buffer) com alimentação de ±12V.

- Ajustar o gerador de funções para fornecer uma onda senoidal de 50mVp e freqüência de 1k Hz e aplicar este sinal na entrada do circuito.

- Conectar o canal 1 do osciloscópio na entrada do circuito e o canal 2 na saída do mesmo.

- Observar as formas de onda de entrada e saída do circuito.

- Com o osciloscópio, medir a tensão na entrada inversora do Ampop e anotar o resultado obtido. Compare este resultado com os valores teóricos.

- Com o osciloscópio, medir as tensões de entrada e saída e, com base nesses valores, calcular o ganho de tensão. Comparar o valor do ganho medido em malha fechada com o ganho ideal (teórico) do circuito.

- Retirar o resistor de realimentação, verificar o que acontece com a saída do circuito.

Fig. 4: Amplificadores com ampops.

4)No relatório:

Compare as medidas realizadas com os resultados teóricos. Tire conclusões!

Realize a simulação do circuito.


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LAB-6 - Amplificador Subtrator 1) Objetivos: Determinar experimentalmente o ganho de um amplificador subtrator. 2) Componentes e instrumentação: (2) ampops 741, Resistores. (2) de 1kΩ, (2) de 2,2kΩ, (1) de 15kΩ, e (1) de 4,7kΩ.

Introdução teórica: Por definição um amplificador diferencial amplifica a diferença entre duas tensões. A figura 1 mostra o circuito básico.

Figura 1: amplificador diferencial

Para o circuito da figura 1 a tensão de saída em função das entradas é dada por:

O ganho diferencial é:

Se Ve2=Ve1 a saída é zero, sendo que na pratica isso não é verdade por conta de diversos fatores como, por exemplo, o descasamento entre as resistências (resistências que deveriam ser iguais e não são) e AO não ideal. Esse circuito tem também limitações principalmente em relação á resistência de entrada nas duas entradas que é baixa. Outra limitação do circuito é a dificuldade para variar o ganho (duas resistências devem variar ao mesmo tempo).

3) Procedimento experimental:

-Calcule o valor da tensão de saída do circuito da figura 2 para cada uma das combinações de tensões de entrada da tabela I. Considere VR = 2,4V para os cálculos.

-Fazer analise DC e obter a característica de transferência V0XVe1 (com Ve2 aterrado).

No lab. usar o gerador como amplificador 5Vp e frequência de 100HZ, traçar X,Y

Figura 2: Amplificador diferencial para experiência

4)No relatório: -Baseado nas medidas e observações efetuadas escreva as suas conclusões.


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LAB-7 - Amplificador Derivador e Integrador Inversor

1)Objetivos: Familiarizar o aluno com o uso do ampop 741

2) Componentes e instrumentação:

-Resistores: (2) 1K, (2) 10K, (1) 100K;

-Capacitores: (1) 10n F;

-Amp.Op. LM741

Fig. 1 Fig. 2 Fig. 3

3) Procedimento:

3.1) AMPLIFICADOR INTEGRADOR INVERSOR

- Montar e energizar o circuito da Fig. 1

- Observar o nível DC na saída do circuito.

- Ajustar o gerador para fornecer uma onda triangular de 70mVp de amplitude na freqüência de 100Hz. Variar a frequência até 100khz (ajustar a amplitude para não saturar a saída ou não trabalhar com sinais muito pequenos).

- Medir o ganho e a fase para diversas freqüências entre os valores pedidos. (Entrada senoidal)

- Remover o resistor de 100kΩ e observar o que acontece com o ganho em função da freqüência.

3.2) AMPLIFICADOR DIFERENCIADOR INVERSOR


- Medir o nível DC na saída do circuito.

- Ajustar o gerador para fornecer uma onda triangular de 1Vp de amplitude na freqüência de 100Hz. Variar a frequência até 100khz (ajustar a amplitude para não saturar a saída ou não trabalhar com sinais muito pequenos).

- Medir o ganho e a fase para diversas freqüências entre os valores pedidos. . (Entrada senoidal)

- Colocar em curto o resistor de entrada de 10kΩ e observar o que acontece com o ganho em função da freqüência.

4)No relatório:

-Comentar os resultados obtidos; -Tirar conclusões; -Apresentar sugestões para melhoria do experimento.


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LAB-8 – Projeto-1 – Amplificador de Instrumentação

Fig. 1: Amplificador diferencial de instrumentação Fig. 2 Pinagem do TL084

1) Objetivos:

-Determinar experimentalmente o ganho de um amplificador de instrumentação.

-Observar a rejeição ao modo comum.

-Obter a resposta em freqüência do ganho.


CI: 1 circuito TL084 Resistores: 100kΩ (6) , 4,7kΩ

Introdução teórica:

Amplificador Diferencial De Instrumentação

Amplificadores de instrumentação são essencialmente amplificadores diferenciais, mas sem as desvantagens do amplificador diferencial simples. A Fig. 1 mostra o circuito de um amplificador de instrumentação. O ganho do circuito é dado por:

Onde Ve=Ve2-Ve1

Da expressão do ganho concluímos que se R1 for variável o ganho será variável com apenas uma resistência. A resistência nas entradas é tipicamente da ordem de 109 Ohms. As outras resistências tem tolerância de menos de 1%.

Na pratica não precisamos construir um amplificador de instrumentação, pois o mesmo já se encontra integrado com os três AOs em um mesmo encapsulamento. A figura a seguir mostra um exemplo deste amplificador. O ADC620 permite variar o ganho através de um resistor externo RG e como o amplificador vem perfeitamente balanceado de fabrica, não precisamos nos preocupar com o ajuste de offset.


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Exemplo: se for desejado um ganho de 100 o valor de RG externo será:

3) Procedimentos:

3.1) Montar e energizar o circuito da Fig. 1

3.2)Observar o nível DC na saída do circuito.

3.3) Medir as formas de onda nas saídas dos ampops. com o sinal de entrada conforme é mostrado na Fig. 1.

3.4) Medir o ganho e a fase para diversas freqüências (determinando freqüências de corte nas baixas e nas altas ).

4)No relatório:

-Comentar os resultados obtidos

-Tirar conclusões

-Apresentar sugestões para melhoria do experimento


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LAB-9 – Prova-1 – Referente aos Labs anteriores

LAB-10 - Resposta em Frequência do Ampop

1) Objetivos:

Obter a característica de ganho (em malha aberta) do amplificador operacional em função da frequência e comparar o desempenho dos amplificadores inversor e não inversor.


Fonte de alimentação, Gerador de sinais e Osciloscópio.

Resistores: (3)-100K, (1) 100,

Amp.Op. LM741 ou TL081

3) Procedimentos:

3.1)Pesquise uma forma de medir ganho em malha aberta do Amp. Op.

3.2)Banda Passante de Ganho Unitário ou Produto Ganho Banda PGB

-Determine o PGB para um ampop 741 das especificações do datasheet.

-Monte um amplificador de ganho unitário com seu ampop (configuração seguidor de tensão). Alimente com ±15 V com o Amp.Op em malha aberta, aterrar a entrada inversa e analise AC da entrada não inversora para a saída

-Mantendo a variação da tensão de saída abaixo de 100m Vpp, determine a máxima freqüência de corte fT para o seu circuito seguidor de tensão. Meça o ganho em função da freqüência até 10MHz.

-Lembre que o PGB permanece constante para o amplificador não inversor, Aofo = AT fT = PGB assim AT = 1 para o seguidor, fT = PGB.

3.3)Resposta em frequência do Ampop em Malha Aberta

-Monte o circuito mostrado na Fig. 1.

Fig. 1: Circuito utilizado para medição do ganho em malha aberta do ampop.

-Explique o funcionamento do circuito utilizado para medição do ganho em malha aberta. Determine a equação de Ao.

-Alimente com ±15 V e use um capacitor de 10μF em seu protoboard.

o 2 3 o

o

d 3 a

V R R VA

V R V

;


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-Em cada frequência, escolha o valor de Vg para obter valores mensuráveis em Vo e Va. Para frequências abaixo de 10khz, use R2 = 100kΩ, R3 = 100 Ω. Para freqüências acima de 10khz, use R2 = 0, R3 = ∞. Complete a tabela 1.

-Plotar | Ao |dB em função da freqüência em papel monolog. Determine o valor de Ao e a freqüência de corte da banda passante.

-Compare Aofo ao PGB obtido no item A.

Table 2: Resposta em Frequência em Malha Aberta

3.4)Resposta em frequência em malha fechada do amplificador não inversor

Baseado no ganho de malha aberta em função da freqüência, preveja o ganho em malha fechada para um amplificador não inversor com ganhos 1000, 100, 10 e 1. Traçar os resultados na mesma folha monolog juntamente com o ganho em malha aberta.

Construa os circuitos para as condições acima e meça a resposta em freqüência. Traçar, na mesma folha do item anterior, o ganho em malha fechada medido.

3.5)Resposta em frequência em malha fechada do amplificador inversor

Baseado no ganho de malha aberta em função da frequência, preveja o ganho em malha fechada para um amplificador inversor com ganhos 1000, 100, 10 e 1. Traçar os resultados na mesma folha monolog juntamente com o ganho em malha aberta.

Construa os circuitos para as condições acima e meça a resposta em freqüência. Traçar, na mesma folha do item anterior, o ganho em malha fechada medido.

4) No relatório:

-Comentar os resultados obtidos;

-Tirar conclusões;

-Apresentar sugestões para melhoria do experimento.


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LAB-11 - Medição da Tensão e Corrente de Offset do Ampop

1) Objetivos: Verificar a influência dos desequilíbrios DC na saída do Ampop e como compensá-los.

2) Componentes e instrumentação: Resistores: (2) 1MΩ, (1) 1kΩ,

1 Potenciômetro de 10kΩ,

1 Ampop 741 ou similar

3) Procedimentos:

Fig. 1 Fig. 2 Fig. 3

Medição Da Tensão De Offset:


- Observar o nível DC na saída do circuito.

- Curto-circuitar o resistor R3 (R3 = 0 V) e medir novamente a tensão de saída.

- Com R3 = 0 V, adicione um resistor R1 = 1kΩ entre a entrada inversora (ponto A) e o terra. Medir novamente a tensão de saída.

- Considerando o efeito da corrente de polarização, corrente de offset e tensão de offset sobre os valores medidos anteriormente, calcular os valores na tabela abaixo.

- Com um potenciômetro de 10kΩ entre os pinos 1, 5 e –VCC (como mostrado na Fig. 2) zerar a tensão DC de saída.

- Remover os resistores, curto circuitar as entradas A e B para o terra e observar o que acontece com o ganho (relacionado ao deslocamento do sinal de saída).

4)No relatório:

-Comentar os resultados obtidos.

-Tirar conclusões e apresentar sugestões para melhoria do experimento.


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LAB-12 – Medição do Slew Rate do Ampop

1) Objetivos: Verificar a influência do Slew Rate na tensão de saída de um amplificador com ampop.


-Resistores: (2) 10kΩ,

-1 Ampop 741 ou similar

3) Procedimentos:

Fig 1 Fig. 2

Medição do Slew Rate:

-Montar e energizar o circuito da figura 1;

-Aplicar uma onda quadrada de 10Vpp com 100Hz em Vin. Observar as formas de onda de entrada e saída do circuito.

-Aplicar uma onda quadrada de 10Vpp com 40kHz em Vin. Observar as formas de onda de entrada e saída do circuito.;

-Medir os valores das tensões de pico (positiva e negativa) de saída e esboçar as formas de onda de entrada e de saída;

-Medir o tempo (Δt) necessário para a tensão de saída variar de seu valor mínimo para seu valor máximo. Medir tanto otempo de subida como o de descida.

-Calcular o Slew Rate do Ampop que é definido como SR = ΔV/Δt (dado em V/μs).

-Compare o valor calculado na prática com aquele fornecido pelo fabricante.

-Aplique um sinal senoidal e verifique a influência do Slew Rate no sinal de saída.

4)No relatório:


-Tirar conclusões



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LAB-13- Retificador de Precisão

1) Objetivos: Verificar o funcionamento do circuito retificador de meia onda e de onda completa.

2) Componentes e instrumentação: Fonte de alimentação, osciloscópio, gerador de sinais, multímetro,4 Resistores de 10kΩ, 1 Resistor de 4,7kΩ, 2 diodos !N4148, 2 Ampop 741 ou Similar (TL082).

Fig.1: Pinagem LM741 Fig.2: Pinagem TL082

Pré-relatorio:

- Realizar estudo e equacionamento dos circuitos abaixo (análise qualitativa e quantitativa).

- Realizar simulação DC (característica de transferência) AC (resposta em freqüência) e transiente.

3) Procedimentos: - Montar e energizar o circuito com alimentação simétrica de 12 V.

- Aplicar sinal senoidal na entrada com Vinpp = 0,1V e frequências de 100Hz medir as saídas Vo, Vò e VR

- Aplicar sinal senoidal na entrada com Vinpp = 1 V e frequências de 100Hz medir as saídas Vo, Vò e VR

- Aplicar sinal senoidal na entrada com Vinpp = 1 V e frequências de 50kHz medir as saídas Vo, Vò e VR

- Comparar os resultados obtidos anteriormente com os teóricos.

- Colocar o osciloscópio em coordenadas XY e obter a característica de transferência.

4)No relatório:

-Apresentar tabelas, gráficos devidamente caracterizados, comentários, sugestões e conclusões finais.


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LAB-14 – Comparador Regenerativo – Schimitt Trigger

Fig. 1 Fig. 2

1) Objetivos: Familiarizar o aluno com o comparador regenerativo.

2)Componentes: Resistores: (1) 47K, (1) 470K, (1) 10k. LM741

3) Procedimentos: i) Montar o circuito da figura acima com a malha de “realimentação negativa” aberta (sem os

diodos DZ1 e DZ2). Energizar o circuito com ±12V; ii) Ajustar o gerador de funções para fornecer um sinal senoidal de 500 Hz e 5 Vp (pico).

Aplicar este sinal na entrada do circuito; iii) Conectar o canal 1 do osciloscópio à entrada do circuito e o canal 2 à saída do mesmo; iv) Medir os valores das tensões de pico (positiva e negativa) de saída e esboçar as formas de

onda de entrada e de saída; v) Medir o tempo necessário para que o sinal de saída varie de VoSuperior até VoInferior. Medir as

tensões de pico (positiva e negativa) do sinal de saída. Esboçar o gráfico de histerese do circuito;

vi) Colocar o osciloscópio em x-y e obter a curva da histerese do comparador. vii) Comentar as diferenças entre as curvas de histerese teórica e prática. viii) Aumentar, gradativamente, a frequência do sinal de entrada para 5 kHz e observar o que

acontece com a tensão de saída (manter a amplitude do sinal em 5 Vp; ix) Colocar os diodos DZ1 e DZ2 na malha de “realimentação negativa”, conforme indicado na

figura acima; x) Repetir os procedimentos ii, iii, iv, v e vi; xi) Explicar por que os tempos de atraso entre as mudanças de polaridade da entrada e da

saída diminuíram;

4)No relatório:


-Tirar conclusões



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LAB-15- Projeto-2 – Multivibrador Monoestável

Turma A Equipe OPAmp T (ms) Alimentação gatilho Níveis Va, Vb (V)

1 LM741 0,5 ±15 +13, -5

2 LM741 1 ±12 +10, -7

3 TL082 0,1 ±15 -7, +5

4 TL081 5 ±10 -8, +5

5 LM747 0,5 ±15 -5, +13

Turma B Equipe OPAmp T (ms) Alimentação gatilho Níveis Va, Vb (V)

1 TL081 1 ±15 +7, -13

2 TL081 0,5 ±12 -10, +10

3 TL082 2 ±15 +5, -5

4 LM741 0,1 ±10 0, -8

5 LM747 5 ±12 -8, 10

Procedimento: Utilizar o gerador de sinais para gerar os gatilhos. O monoestável deve ser feito com ampop A estrutura fica a critério da equipe. A figura abaixo é uma sugestão de estrutura

.


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LAB-16- Filtros de Segunda ordem

FILTRO PASSA-BAIXA ATIVO DE SEGUNDA ORDEM

Topologia SALLEN & KEY

1) Objetivos: O objetivo desta montagem é verificar a funcionalidade de um filtro ativo passa baixa de segunda ordem observando a sua freqüência de corte, ganho unitário na faixa de passagem e atenuação na faixa de rejeição.

A estrutura Sallen Key é uma das mais usadas por ser simples e possuir função de transferência H(s) facilmente dedutível.


R1= R2=10 kΩ e C1= C2= 1nF.

3) Procedimentos: Monte o circuito da figura abaixo. Aplique um sinal senoidal na entrada e observe os

sinais de entrada e saída simultaneamente com o osciloscópio. Inicie o experimento aplicando um sinal com amplitude de 5VPP e com freqüência inferior a freqüência de corte teórica do filtro. Varie apenas a frequência do sinal de entrada, mantendo a amplitude constante, e observe em que frequência ocorre à atenuação de – 3dB correspondente a frequência de corte real do filtro. Compare os valores medidos com os valores teóricos esperados.

A) Deduza a equação característica H(s);

B) Determine a função de transferência H(s) especifica para o filtro montado com os valores utilizados nos experimentos;

C) Determine teoricamente e experimentalmente a frequência de corte do filtro montado nesse experimento;

D) Determine teoricamente e experimentalmente a faixa de passagem, a frequência central, o fator de qualidade Q e as frequências de corte inferior e superior para os filtros deste experimento;

E) Apresente as simulações do circuito e seus gráficos de modulo e fase.

F) Troque a posição dos resistores com as dos capacitores e repita os itens anteriores.

4) No relatório:

Compare as medidas realizadas com os resultados teóricos e tire conclusões;

Realize a simulação do circuito


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Lab.17 – Projeto 3 –Gerador de Forma de Onda

1) Objetivos: Projetar, montar e testar um gerador de forma de onda com saídas senoidal, triangular e quadrada.

2) Componentes: Resistores, capacitores, 1 ampop TL084 ou similar

3) Dados:

Projetar o circuito da figura abaixo utilizando o amplificador TL084, que cumpra as seguintes especificações:

1) Frequência de oscilação de 5kHz;

2) O sinal de saída Vo2 deve ter uma forma de onda triangular com a mesma frequência do sinal Vo1

3) O sinal de saída Vo3 deve ter uma forma de onda senoidal com amplitude de 1Vp.

4) Requisitos mínimos do relatório

1) Observar o que acontece e esboçar detalhadamente as formas de onda da saída dos três ampops;

2) Usando o osciloscópio, medir o ganho de tensão Vo3/Vo2 e comparar com os valores teóricos. Justifique a diferença entre eles;

3) Explique como se processa a geração dos sinais Vo1, Vo2 e Vo3 no circuito;

4) Com base nas suas medições e observações, tirar as conclusões sobre o funcionamento de circuito.

5) Compare as medidas realizadas com os resultados teóricos, tire conclusões.

6) Realize a simulação dos circuitos.

Obs.: As folhas de dados técnicos dos dispositivos que serão utilizados em todas as experiências terão de ser adquiridas.

Lab.18 – Prova 2 – Referente as experiências anteriores.

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Laboratório de eletrônica analógica II · UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA Laboratório de eletrônica