Ceifadores e Grampeadores

Conteúdo1. RESUMO...............................................................................................................................

2. INTRODUÇÃO TEÓRICA....................................................................................................

2.1. Circuito Ceifador:............................................................................................................

2.2. Circuito Grampeador:......................................................................................................

3. OBJETIVOS...........................................................................................................................

4. MATERIAS E MÉTODOS UTILIZADOS............................................................................

4.1. Materiais Utilizados:........................................................................................................

4.2. Métodos Utilizados:.........................................................................................................

4.2.1–Circuito Ceifador:.........................................................................................................

4.2.2 – Circuito Grampeador:.................................................................................................

5. RESULTADOS E DISCUSSÕES...........................................................................................

5.1Circuito Ceifador:..............................................................................................................

5.2 Circuito Grampeador:.....................................................................................................

6. CONCLUSÃO......................................................................................................................

7. BIBLIOGRAFIA..................................................................................................................

7.1Livros:..............................................................................................................................

7.2 Sites:................................................................................................................................

1. RESUMO

O relatório referente ao quinto experimento realizado em laboratório da disciplina de Eletrônica Analógica I apresenta um estudo do funcionamento de circuitos ceifadores e grampeadores. Retratam definições, análises, esboços e comparações entre o contexto teórico e experimental.

A introdução é composta de imagens e uma síntese teórica que aborda o funcionamento de cada um dos dois circuitos (ceifador e grampeador). Os resultados teóricos tiveram como base valores ideais, assim como o comportamento dos circuitos são interpretados e verificados por meio de equações , cálculos e análises físicas já estudadas. Simulações e medições em software são usadas de modo comparativo com valores em meio real. Tabelas, gráficos e esboços são expostos a fim de facilitar a compreensão dos circuitos, dos valores e dos sinais gerados, além de evidenciar semelhanças e diferenças entre os métodos real, teórico e simulado.

O desenvolvimento é composto pelos resultados obtidos na realização do procedimento experimental, calculado e simulado (Multisim), onde são comparados entre si para a comprovação de que o experimento foi realizado por completo e se os dados teóricos conferem com o prático.

Ao final há uma conclusão a qual o grupo retrata o aprendizado obtido por meio do experimento, os pontos positivos e negativos.

2. INTRODUÇÃO TEÓRICA

Circuitos ceifadores e circuitos grampeadores são circuitos formados, configurados, com diodos, capacitores, resistores e fontes CC para obter determinada onda de saída.

2.1. Circuito Ceifador:

Circuito Ceifador ou Circuito Limitador são circuitos caracterizados por um sinal de saída cortado/ ceifado em relação ao sinal de entrada. Os circuitos ceifadores podem ser classificados como Circuitos Ceifadores polarizados e Circuitos Ceifadores não polarizados, além de poder estar em série ou em paralelo.

Ceifadores em série simples podem ser considerados retificadores de meia onda.

Figura 01 – Circuitos Ceifador não polarizado série, negativo e positivo(respectivamente).

Ceifador não polarizado negativo é assim denominado pois corta o semiciclo negativo do sinal de entrada senoidal. Já o Ceifador não polarizado positivo é assim denominado pois corta o semiciclo positivo do sinal de entrada senoidal.

Figura 02 – Circuitos Ceifador não polarizado paralelo, negativo e positivo(respectivamente).

Ceifador não polarizado negativo é assim denominado pois corta o semiciclo negativo do sinal de entrada senoidal. Já o Ceifador não polarizado positivo é assim denominado pois corta o semiciclo positivo do sinal de entrada senoidal. Análise igual à da anterior.

O circuito Ceifador pode ser utilizado com qualquer forma de onda de entrada, seja ela quadrada, triangular ou senoidal.

2.2. Circuito Grampeador:

Circuito Grampeador possui a característica de “grampear” um sinal mantendo o sinal de entrada na forma e na amplitude. Assim como num Circuito Ceifador podem ser classificados como polarizados, não polarizados, em série e em paralelo. Os componentes utilizados para configurar são resistores, diodos, fontes cc e capacitores.

Figura 03 – Circuito Grampeador sinal de entrada e saída.

Um circuito grampeador típico, não polarizado, é mostrado a seguir:

Figura 04 – Circuito Grampeador

O circuito Grampeador visa obter um sinal de saída em relação ao de entrada, abaixo ou acima de um determinado valor.

Para que não ocorra a deformação na saída do sinal, os valores de R e C devem ser escolhidos de tal forma que, a constante de tempo = RC seja suficientemente grande para garantir que a tensão nos extremos do capacitor, não sofra variação significativa durante o período em que a tensão assume valor negativo (intervalo), a qual é determinada pela própria característica do sinal ( no caso, a frequência).

3. OBJETIVOS

Os objetivos desta prática consistem em estudar e analisar o funcionamento dos circuitos ceifadores (limitadores de tensão) e o funcionamento de circuitos grampeadores de tensão, destacando suas principais características.

4. MATERIAS E MÉTODOS UTILIZADOS

4.1. Materiais Utilizados:

01 resistor de 100kΩ; 01 diodo 1N4148; 01 fonte de tensão DC; 01 protoboard; 01 capacitor cerâmico de 100nF; 01 capacitor cerâmico de 1nF; Cabos para conexão; Pontas de prova para os instrumentos de medição; Software Multisim.

4.2. Métodos Utilizados:

O procedimento experimental é divido em duas partes.

4.2.1–Circuito Ceifador:

Nesta parte do experimento foi analisada e esboçada a forma de onda de entrada e saída sob um circuito ceifador, de acordo com a figura abaixo:

Figura 05 – Circuito I (Ceifador).

Configurada no gerador de funções uma onda triangular simétrica de 1kHz e 10Vp, e também, anotados os valores de tensão máxima e mínima de cada canal do osciloscópio.

Obs: V1=3V, V2=2V e R = 100kΩ

4.2.2 – Circuito Grampeador:

Nesta parte do experimento foi analisada e esboçada a forma de onda de entrada e saída sob um circuito grampeador, de acordo com a figura abaixo:

Figura 06 – Circuito II (Grampeador).

Configurada no gerador de função uma onda quadrada com Vmáx=4V e Vmín= -2V (com offset de 0,5V, ao invés de 1V, devido a uma variação do gerador).

Utilizando o capacitor de 100nF foi analisada, esboçada a forma de onda e anotados valores de tensão máxima e mínima para V = 1V, V = 2V e V = 3V.

Por fim, utilizando um capacitor de 1nF foi analisada, esboçada a forma de onda e anotados valores de tensão máxima e mínima para V = 1V.

5. RESULTADOS E DISCUSSÕES

Antes de iniciar o procedimento experimental os diodos foram testados com o multímetro, obtendo os seguintes valores:

VD1 = 0,596 V VD2 = 0,601 V

5.1Circuito Ceifador:

Dedução teórica do Circuito Ceifador:


Sendo,Vi = 10 VR = 100 kΩV1 = 3 VV2 = 2 VVd1 = 0,596 V [medido] ~ 0,6 VVd2 = 0,601 V [medido] ~ 0,6 V

Semiciclo Positivo:

Figura 08 – Semiciclo Positivo (Ceifador).

- Vi = 1V -> (Vi – Vr) < V1 [ d1 não conduz] -> (Vi – Vr) > V2 [d2 não conduz, pois está reversamente polarizado] ->Vo = Vi ->Vo será igual a Vi enquanto (Vi – Vr) < V1;

- d2 não conduzirá no semiciclo positivo;- quando (V1 – Vr) > V1 [d1 conduz] -> assim Vo = V1 + Vd até Vi atingir

novamente (Vi – Vr) < V1 -> V1 + Vd = 3V + 0,6 V = 3,6 V,assim,

Figura 09 – Gráfico Semiciclo Positivo (Ceifador).

Semiciclo Negativo:

Figura 10 – Semiciclo Negativo(Ceifador).

- d1 não conduzirá no semiciclo negativo, diodo reversamente polarizado;- Vi = 1 V -> V1 < (V2 + Vd2), d2 não conduzirá estará reversamente

polarizado ->Vo = Vi;- quando Vi > (V2 + Vd2), d2 conduzirá e Vo= V2 + Vd2 até que V1 < (V2 +

Vd2) novamente -> V2+Vd2 = 2V + 0,6 = 2,6V

assim,

Figura 11 – Gráfico Ceifador.

Após montado o circuito da figura XX, de acordo com o simulado pelo multisim:


Foram analisadas e esboçadas as formas de acordo com o obtido pelo osciloscópio, sendo que: CH1 é a tensão de saída e CH2 é a tensão de entrada.

Figura 13 – Forma de onda de entrada e saída.

Figura 14 – Esboço da onda de entrada e saída.

Também de acordo com o simulado pelo multsim,

Figura 15 – Simulação da onda de entrada e saída.

Os valores medidos e calculados referentes a tensão máxima e mínima referente ao Circuito I, estão na tabela abaixo:

TensãoEntrada (V) Saída (V)

Vmáx Vmín Vmáx Vmín

Teórico 10 -10 3,6 -2,4Multisim 10 -10 3,43 -2,44

Experimental 10,2 -10 3,8 -2,6Tabela 01 – Dados referentes às simulações e cálculos do Circuito I.

Como podemos observar os dados das tensões obtidas pelo osciloscópio são bem próximas dos valores teóricos e dos obtidos pelo multisim.

5.2 Circuito Grampeador:

Após montado o circuito da figura XX, de acordo com o simulado pelo multisim:

Figura 16– Circuito II (Grampeador).

Foram analisadas e esboçadas as formas de acordo com o obtido pelo osciloscópio para cada variação de V e C, sendo que: CH1 é a tensão de saída e CH2 é a tensão de entrada.

V = 1V e C = 100nF

Figura 17 – Forma de onda de entrada e saída (C = 100nF e V = 1V).


No multisim CH1 é a tensão de entrada e CH2 é a tensão de saída.

Figura 19 – Simulação da onda de entrada e saída.Os dados teóricos, experimentais e obtidos com as simulações, encontram-se na

tabela abaixo:



Teórico 4 -2 6,40 0,400Multisim 4 -2 6,64 0,409

Experimental 4,08 -2,08 6,64 0,4Tabela 02 - Dados referentes às simulações e cálculos do Circuito II com V = 1V e C = 100nF.

O circuito Grampeador, neste exemplo, desloca o sinal de entrada 2,4 volts, mas mantendo inalterado o valor de tensão pico-a-pico. Esse deslocamento pode ser expresso matematicamente analisando as quedas e elevações de tensão ao longo do circuito, bem como o valor de tensão armazenado no capacitor (VC). A análise abaixo adota o circuito com o capacitor carregado, ou seja, passados alguns semiciclos.

Semiciclo positivo: Vo= Vfonte+VC, onde VC = Vfonte +V1 - VdSemiciclo negativo: Vo= V1-Vd

Neste circuito, o sinal de tensão de saída apresenta uma pequena queda de tensão de saída em função do tempo durante meio período do sinal de entrada. Essa pequena queda, que pode ser obervada tanto no osciloscópio real quanto na simulação computacional, é proveniente do processo de descarga do capacitor. O tempo de descarga do capacitor é dado pela equação (2), onde o tempo em segundos de descarga equivale a 5 constantes de tempo capacitivas (τ) dadas pela equação (1).

No circuito em questão, foram utilizados um capacitor cerâmico de capacitância 100nF e um resistor de 100kΩ. Pela equação (1), temos:

T= (100nF)(100K) = 10msSubstituindo o resultado em (2), obtêm-se o tempo de descarga:

t descarga = 5(10ms) = 50ms

A frequência fornecida pela fonte é igual a 1kHz, pela equação (3) pode-se obter o valor em segundos do período da tensão de entrada, ou seja:

T=(1/ 1kHz) = 1ms

Sendo assim, é possível verificar que o tempo de descarga do capacitor neste circuito é 50 vezes maior que o período do sinal de entrada, o que faz com que a queda aconteça, mas de forma quase imperceptível. Observando as equações (1) e (2), é possível considerar que quanto maior a capacitância ou a resistência, maior será o tempo de descarga do capacitor, e com isso, menor a queda de tensão durante cada ciclo.

τ = RC (1)

t descarga = 5 τ (2)

T=1/F (3)

Onde τ é a constante de tempo capacitiva, C é capacitância, R é resistência, T representa o período e F a frequência.

V = 2V e C = 100nF





Os dados teóricos, experimentais e obtidos com as simulações, encontram-se na tabela abaixo:





O circuito Grampeador, assim como no experimento anterior, desloca o sinal de entrada, nesse caso 3,4 volts, mas mantendo inalterado o valor de tensão pico-a-pico. Esse deslocamento pode ser expresso matematicamente analisando as quedas e elevações de tensão ao longo do circuito, bem como o valor de tensão armazenado no capacitor (VC). A análise abaixo adota o circuito com o capacitor carregado, ou seja,

passados alguns semiciclos.Semiciclo positivo: Vo= Vfonte+VC, onde VC = Vfonte +V1 - VdSemiciclo negativo: Vo= V1-Vd

O declínio da tensão de saída em função da descarga no capacitor possui o mesmo valor devido a não alteração nos valor de resistência e capacitância utilizados.

V = 3V e C = 100nF



No multisimo CH1 é a tensão de entrada e CH2 é a tensão de saída.


Os dados teóricos, experimentais e obtidos com as simulações, encontram-se na tabela abaixo:





O circuito Grampeador, seguindo o mesmo raciocínio do experimento anterior, desloca o sinal de entrada, agora em 4,4 volts, mas mantendo inalterado o valor de tensão pico-a-pico. Esse deslocamento pode ser expresso matematicamente analisando as quedas e elevações de tensão ao longo do circuito, bem como o valor de tensão armazenado no capacitor (VC). A análise abaixo adota o circuito com o capacitor carregado, ou seja, passados alguns semiciclos.

Semiciclo positivo: Vo= Vfonte+VC, onde VC = Vfonte +V1 - VdSemiciclo negativo: Vo= V1-Vd

O declínio da tensão de saída em função da descarga no capacitor possui o mesmo valor devido a não alteração nos valor de resistência e capacitância utilizados.

V = 1V e C = 1nF





Os valores medidos e calculados referentes a tensão máxima e mínima referente ao Circuito I, estão na tabela abaixo:





Nesse último circuito, como pode ser observada na figura 30, a descarga do capacitor acontece por completo antes que o ciclo de carga se inicie novamente, diferentemente do que acontece nos circuitos grampeadores anteriores. Isso ocorre devido a capacitância do capacitor utilizado ser relativamente pequena. Para determinar tal tempo de descarga e verificar matematicamente o ocorrido, pode-se analisar a equação de tempo de descarga do capacitor, dada pela equação (2), onde o tempo em segundos de descarga equivale a 5 constantes de tempo capacitivas (τ) dadas pela equação (1).

No circuito em questão, foram utilizados um capacitor cerâmico de capacitância 1nF e um resistor de 100kΩ. Pela equação (1), temos:

T= (1nF)(100K) = 100usSubstituindo o resultado em (2), obtêm-se o tempo de descarga:t descarga = 5(100us) = 500us

A frequência fornecida pela fonte é igual a 1kHz, pela equação (3) pode-se obter o valor em segundos do período da tensão de entrada, ou seja:

T=(1/ 1kHz) = 1ms

Comparando os valores de tempo de descarga do capacitor (500us) com o período do sinal de entrada (1ms), é possível verificar que o tempo de descarga do capacitor é igual a metade do período do sinal de entrada, o que explica o sinal de saída observado no experimento.

τ = RC (1)

t descarga = 5 τ (2)

T=1/F (3)

Onde τ é a constante de tempo capacitiva, C é capacitância, R é resistência, T representa o período e F a frequência.

6. CONCLUSÃO

Todo o procedimento experimental foi realizado por completo, portanto foram desenvolvidas várias análises de formas de ondas e com o auxílio de um protoboard foram montados dois circuitos elétricos para o Circuito I – Ceifador e o Circuito II – Grampeador. Após o laboratório realizou-se o experimento na plataforma de simulação multisim, assim, realizando análises, cálculos e discussões entre o contexto teórico e experimental.

A realização deste experimento contribuiu para o aprendizado do funcionamento e diferenciação entre um circuito ceifador (utilizando diodos em paralelo) limitando as tensões do ciclo positivo e negativo, e um circuito ceifador (utilizando um capacitor e um diodo) deslocando as tensões do ciclo positivo e negativo sem alterar a amplitude.

7. BIBLIOGRAFIA

7.1Livros:

DISPOSITIVOS ELETRÔNICOS E TEORIA DE CIRCUITOS, ed. 3 - ROBERT L. BOYLESTAD e LOUIS NASHELSKY - Pearson, 2009.

7.2 Sites:

http://www.ebah.com.br/content/ABAAABTssAE/ceifadores-grampeadoreshttp://www.ebah.com.br/content/ABAAAANIgAA/circuitos-ceifadores

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