2014 2 Eng Eletrica 6 Eletronica II

8/10/2019 2014 2 Eng Eletrica 6 Eletronica II

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ATIVIDADES PRÁTICASSUPERVISIONADAS

Engenharia Elétrica6ª Série Eletrônica II

A atividade prática supervisionada (ATPS) é um procedimento metodológico de

ensino-aprendizagem desenvolvido por meio de um conjunto de etapas

programadas e supervisionadas e que tem por objetivos:

Favorecer a aprendizagem.

Estimular a corresponsabilidade do aluno pelo aprendizado eficiente e

eficaz.

Promover o estudo, a convivência e o trabalho em grupo.

Desenvolver os estudos independentes, sistemáticos e o autoaprendizado.

Oferecer diferentes ambientes de aprendizagem.

Auxiliar no desenvolvimento das competências requeridas pelas Diretrizes

Curriculares Nacionais dos Cursos de Graduação.

Promover a aplicação da teoria e conceitos para a solução de problemas

práticos relativos à profissão.

Direcionar o estudante para a busca do raciocínio crítico e a emancipação

intelectual.

Para atingir estes objetivos a ATPS propõe um desafio e indica os passos a

serem percorridos ao longo do semestre para a sua solução.

A sua participação nesta proposta é essencial para que adquira as

competências e habilidades requeridas na sua atuação profissional.

Aproveite esta oportunidade de estudar e aprender com desafios da vida

profissional.

AUTORIA:

Eberval Oliveira CastroFaculdade Anhanguera de Jundiaí



Engenharia Elétrica - 6ª Série - Eletrônica II

Eberval Oliveira Castro

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COMPETÊNCIAS E HABILIDADES

Ao concluir as etapas propostas neste desafio, você terá desenvolvido as competênciase habilidades que constam, nas Diretrizes Curriculares Nacionais, descritas a seguir.

Aplicar conhecimentos matemáticos, científicos, tecnológicos e instrumentais àEngenharia. Projetar e conduzir experimentos e interpretar resultados. Conceber, projetar e analisar sistemas, produtos e processos.

Planejar, supervisionar, elaborar e coordenar projetos e serviços de Engenharia. Identificar, formular e resolver problemas de Engenharia.

Produção Acadêmica• Relatórios parciais, com os resultados das Etapas 1 à 3.• Relatório final na Etapa 4.

• Implementação do circuito na Etapa 4 (opcional).

ParticipaçãoEsta atividade será, em parte, desenvolvida individualmente pelo aluno e, em parte,

pelo grupo. Para tanto, os alunos deverão:

• organizar-se, previamente, em equipes de 4 a 6 participantes;

• entregar seus nomes, RAs e e-mails ao professor da disciplina e

• observar, no decorrer das etapas, as indicações: Aluno e Equipe.

PadronizaçãoO material escrito solicitado nesta atividade deve ser produzido de acordo com as

normas da ABNT1, com o seguinte padrão:• em papel branco, formato A4;

• com margens esquerda e superior de 3cm, direita e inferior de 2cm;

• fonte Times New Roman tamanho 12, cor preta;• espaçamento de 1,5 entre linhas;

• se houver citações com mais de três linhas, devem ser em fonte tamanho 10, comum recuo de 4cm da margem esquerda e espaçamento simples entre linhas;

• com capa, contendo:•

nome de sua Unidade de Ensino, Curso e Disciplina;

• nome e RA de cada participante;

• título da atividade;• nome do professor da disciplina;•

cidade e data da entrega, apresentação ou publicação.

DESAFIO

Os filtros de sinais são dispositivos amplamente empregados em nosso dia-a-dia.Desde um aparelho celular, uma TV e até mesmo em um automóvel. Na verdade, sem os

1 Consulte o Manual para Elaboração de Trabalhos Acadêmicos. Unianhanguera. Disponível em:

<http://issuu.com/normalizacao/docs/normaliza____o_de_trabalhos_acad__m >.





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filtros eletrônicos muitas coisas que conhecemos hoje não seriam possíveis, em especial, naárea das telecomunicações na qual se enquadra a própria Internet.

Existem diversos tipos de filtros que, dependendo da aplicação, podem serdispositivos extremamente simples, compostos por um resistor e um capacitor, até filtrosdigitais mais sofisticados usados em aplicações mais exigentes como comunicações espaciais.

Figura 1: características da resposta em frequência de um filtro Butterworth.(FONTE: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Butterworth_filter_bode_plot.png)

A figura anterior mostra as características em frequência (amplitude e fase) de umfiltro passa-baixas tipo Butterworth. Cada um deles possui propriedades e aspectos

construtivos particulares.Uma importante aplicação de filtro é no condicionamento de sinais provenientes de

sensores em plantas industriais. Muitas vezes há necessidade de remover eventuais ruídosexistentes no sinal os quais surgem devido à presença de cargas indutivas próximas,descargas elétricas ou mesmo ruído térmico. Os efeitos negativos do ruído tornam-se pioresquanto menor for a potência do sinal que está sendo transmitido.

Nosso desafio é projetar e construir um filtro ativo passa-baixas capaz de eliminar oruído de alta frequência do sinal proveniente de um sensor de temperatura em uma caldeira,reduzindo a potência do ruído e, consequentemente, melhorando a qualidade do sinal.

Objetivo do desafio

Implementar um filtro passa-baixas por meio dos conhecimentos adquiridos durante ocurso.

ETAPA 1 (tempo para realização: 5 horas)

Aula tema: Fontes de Alimentação Reguladas.

Essa atividade é importante para obter os subsídios necessários e revisar os princípiosbásicos e novos conceitos que suportam a teoria de filtros o que lhe dará condições teóricas





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de desenvolver as próximas etapas do projeto, além de buscar as ferramentas de softwarenecessárias.

Para realizá-la é importante seguir os passos descritos.

PASSOS

Passo 1 (Aluno)Escolher sua equipe de trabalho e entregar ao seu professor os nomes, RA e e-mail dosalunos. A equipe deve ser composta de 3 a 5 alunos que serão avaliados de acordo com suacapacidade de pesquisar, propor e implementar soluções para os problemas propostos.

Passo 2 (Aluno)Fazer um resumo, de no máximo 2 páginas, sob o tema “Fontes de Alimentação Reguladas”.

Dica: usar o livro-texto como base para a pesquisa, mas não se limitar a ele. Uma boadica é pesquisar em sites de fabricantes como o da National Instuments, por exemplo(http://www.national.com), usando palavras-chave de componentes como “voltageregulator ” por exemplo.

Baseando-se nas informações obtidas, levantar uma discussão com seu grupo de trabalho eresponder à seguinte pergunta:

Quais os principais tipos de reguladores de tensão, usando TBJ?

Passo 3 (Aluno)Buscar na Internet um programa para simulação de circuitos elétricos gratuito chamadoCircuitMaker. Usar o laboratório da faculdade ou, caso prefira, baixar e instalar no seucomputador.

Dica: o Circuit Maker Student Version pode ser baixado gratuitamente no link abaixo:http://www.baixatudo.com.br/circuitmaker-student-version Acessado em 20 de novembrode 2010.

Fazer uma impressão de tela ( print screen), contendo janela principal do CircuitMaker edescrever em no máximo 2 páginas a sua interface gráfica. Incluir no texto os recortesrealizados de modo a ilustrar as explicações e adicionar ao seu relatório parcial.

Passo 4 (Equipe)Reunir todas as informações em um relatório, contendo o resumo desenvolvido no Passo 2, aresposta da pergunta do PASSO 3 e a descrição da interface do CircuitMaker do passoanterior. Entregar esse relatório ao seu professor, não esquecendo de citar todas as fontes eformatá-lo segundo a padronização mostrada no início da atividade.





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Aula tema: Amplificadores Operacionais. Circuitos Lineares com AmplificadoresOperacionais. Circuitos Não Lineares com Amplificadores Operacionais.

Esta atividade é importante para que você possa adquirir conhecimentos sobrecondicionamento de sinais, desenvolver habilidades com simulação analógica de circuitos.


PASSOS

Passo 1 (Equipe)Visitar a biblioteca da sua faculdade e buscar informações sobre o tema “AmplificadoresOperacionais”. Buscar na Internet sobre modelos de CIs amplificadores operacionais e fazerum resumo de no máximo 2 páginas sobre o assunto, contendo uma tabela comparativa com

as características dos modelos pesquisados.

Dica: usar o livro-texto e outras bibliografias complementares (na área de eletrônica) comobase para a pesquisa, além de sites especializados na Internet.

Passo 2 (Equipe)Baseando-se nas informações obtidas no passo anterior, levantar uma discussão com seugrupo de trabalho e responder às seguintes perguntas:

a) Como se diferenciam os circuitos lineares dos não lineares?

b)

Quais as principais diferenças entre circuitos com realimentação e circuitos demalha aberta?

c) Classifique as configurações a seguir em malha aberta, realimentação positiva ourealimentação negativa:

i. Circuito comparadorii. Amplificador inversor

iii. Circuito oscilador biestável

Passo 3 (Equipe)Ler o artigo do link abaixo e usando o laboratório de informática da sua faculdade ou o seu

computador, fazer o tutorial sugerido por ele. Anotar as observações em cada etapa doprojeto, fazer recortes de tela dos resultados e reunir essas informações e documentá-las emum editor de textos (BrOffice Writer ou MS Word). Caso tenha alguma dificuldade no uso doprograma, consultar o professor.

http://tiny.cc/artigo_circuitmaker

Baseando-se no conhecimento obtido, montar e simular no CircuitMaker Student umamplificador não inversor de ganho de malha fechada igual a 7, usando um amplificadoroperacional UA741. Anotar cada passo realizado na simulação. Fazer a análise em

frequência, imprimir a tela ( print screen) para adicionar ao relatório e responder à perguntaabaixo:





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Qual a frequência de corte do AMPOP UA741, a partir dos resultados da simulação?

Passo 4 (Equipe)Reunir todas as informações e dados gerados em um relatório, não esquecendo de citar todasas fontes e formatá-lo segundo ( formatá-lo segundo) a padronização mostrada no início da

atividade. Entregar ao seu professor um CD-ROM ,contendo os arquivos da simulaçãorealizada (.CKT).


Aula tema: Filtros ativos. Outras Aplicações dos Amplificadores Operacionais.

Essa atividade é importante para que você projete o filtro de acordo com asespecificações e simule o circuito projetado.


PASSOS

Passo 1 (Equipe)1. Fazer um resumo, de no máximo 2 páginas, sobre os temas “filtros ativos” no seu livro-texto. Buscar CIs de amplificadores operacionais existentes no mercado.

Dica 1: usar o livro-texto e outras bibliografias complementares (na ária de eletrônica)

como base para a pesquisa, além de sites especializados na Internet.

Dica 2: visitar uma loja de componentes eletrônicos a fim de encontrar componentescomerciais disponíveis.

2. Baseando-se nas informações obtidas, levantar uma discussão com seu grupo de trabalho eresponder às seguintes perguntas:

a) O que caracteriza os filtros ativos e como podem ser classificados?b) Esboce a resposta de um filtro Chebyshev ao lado da resposta de um Butterworth.c)

Quais as principais estruturas (arquiteturas) de filtros ativos?

Passo 2 (Equipe)Nesse passo, iniciaremos o projeto do filtro ativo. O filtro projetado deve possuir frequênciade corte de 80 Hz de 2ª ordem, com resposta tipo Butterworth e estrutura MFB (multiple-

feedback).1. Escolher o valor do ganho K para o filtro que será projetado, lembrando que para essaestrutura o ganho sempre será negativo. Calcular a frequência angular de corte ωc, usando aequação abaixo.





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As equações necessárias para o projeto de um filtro do tipo proposto estão dispostas abaixo, juntamente com o seu circuito elétrico. A tabela abaixo mostra os parâmetros a seremescolhidos dependendo das características desejadas para o filtro ativo.

(FONTE: http://tiny.cc/projeto-filtros-ativos)

2. Determinar os valores dos parâmetros a e b de acordo com a tabela abaixo à direita,

lembrando que n é o número de ripples na resposta em frequência do filtro.

3. De posse dos valores de a e b, determinar o valor de C2 pela equação a seguir,aproximando para o valor comercial mais próximo em microfaradays (uF).

Passo 3 (Equipe)1. Usando os valores obtidos no passo anterior e as equações apresentadas anteriormente

calcular C1, R2, R1 e R3. e fazer o escalamento, se necessário, para que os valores dos resistorese capacitores fiquem dentro de valores comercialmente e economicamente viáveis. Oescalamento é feito multiplicando todos os resistores por um fator m e dividindo todos oscapacitores pelo mesmo fator. Esse procedimento não altera os parâmetros do filtro.

2. Simular o circuito no CircuitMaker Student ou, em outro programa de sua preferência,usando os valores obtidos nos passos anteriores. Anotar todos os passos e fazer os recortes detela de modo a ilustrar o seu relatório. Nesse ponto, discutir os resultados com sua equipe detrabalho e, caso necessário, fazer ajustes no circuito.

Passo 4 (Equipe)





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Reunir todas as informações e dados gerados em um relatório, não esquecendo de citar todasas fontes e formatá-lo segundo a padronização mostrada no início da atividade. Entregar aoseu professor um CD-ROM, contendo os arquivos da simulação realizada (.CKT).


Aula tema: Filtros ativos. Outras Aplicações dos Amplificadores Operacionais.

Essa atividade é importante para que você faça um orçamento do projeto eimplemente o protótipo do circuito filtro desenvolvido.


PASSOS

Passo 1 (Equipe)Buscar em lojas de componentes eletrônicos da sua região pelos componentes necessários àimplementação do circuito projetado na etapa anterior. Provavelmente haverá diversasopções do mesmo componente (por exemplo, amplificador operacional). Baixar as folhas dedados dos componentes e escolher um deles para ser usado no seu projeto, levando emconsideração a tensão de alimentação, custo, e outros parâmetros que a sua equipe julgueimportante, não esquecendo de justificar a escolha.

Passo 2 (Equipe)

Usando os dados obtidos no passo anterior, montar uma tabela, contendo o orçamentodetalhado do projeto. Reunir também as folhas de dados (datasheet) dos componentes usados.

Passo 3 (Equipe)A critério do professor da disciplina, adquirir os componentes necessários para aimplementação e, sob a supervisão do professor (ou técnico de laboratório), construir umprotótipo do circuito filtro projetado.

Passo 4 (Equipe)Parabéns! Você conseguiu projetar e implementar um condicionador de sinais e realizar a aquisição

dos dados via computador. Reúna todas as informações e dados gerados para a confecção do relatóriofinal do projeto, não se esquecendo de citar todas as fontes e formatá-lo segundo a padronizaçãomostrada no início da atividade.Entregar ao seu professor um CD-ROM, contendo os arquivos da simulação realizada (.CKT)e demais arquivos que julgar importantes como datasheets e manuais. Caso tenha realizado aimplementação, leve o protótipo desenvolvido para apresentação, seguindo as orientações doseu professor.

Livro Texto da disciplina:

BOYLESTAD, Robert L.; NASHELSKY, L.. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. 8ªed. São Paulo: Pearson - Prentice Hall, 2004.

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