TE052 Laboratório de Engenharia Elétrica III
Transcript of TE052 Laboratório de Engenharia Elétrica III
![Page 1: TE052 Laboratório de Engenharia Elétrica III](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022022416/586f4eea1a28ab35738bb0b6/html5/thumbnails/1.jpg)
MI MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ SETOR DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
TE052 Laboratório de Engenharia Elétrica III Prof. Alessandro L. Koerich
2014
![Page 2: TE052 Laboratório de Engenharia Elétrica III](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022022416/586f4eea1a28ab35738bb0b6/html5/thumbnails/2.jpg)
MI MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ SETOR DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
SUMÁRIO
• Experimento 1: Amplificador Inversor e Não-Inversor com AmpOp
• Simulação 1: Amplificador Inversor e Não-Inversor com AmpOp
• Experimento 2: Integrador e Derivador com AmpOp
• Simulação 2: Integrador e Derivador com AmpOp
• Experimento 3: Portas Lógicas com Transistores MOSFET
• Simulação 3: Portas Lógicas com Transistores MOSFET
• Experimento 4: Amplificadores Logarítmicos e Anti-logaritmicos
• Simulação 4: Amplificadores Logarítmicos e Anti-logaritmicos
• Experimento 5: Retificador de Precisão
• Simulação 5: Retificador de Precisão
• Experimento 6: Schmitt Trigger
• Simulação 6: Schmitt Trigger
• Experimento 7: Multivibradores com 555
• Simulação 7: Multivibradores com 555
• Experimento 8: PWM com 555
• Simulação 8: PWM com 555
• Experimento 9: PPM com 555
• Simulação 9: PPM com 555
• Simulação 10: Capacitor Chaveado
![Page 3: TE052 Laboratório de Engenharia Elétrica III](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022022416/586f4eea1a28ab35738bb0b6/html5/thumbnails/3.jpg)
MI MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ SETOR DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
COMPONENTES
Experiência Componentes
1 TL082, 100kΩ, 51kΩ
2 TL082, 470Ω, 2 x 10kΩ, 1MΩ, 2 x 1nF
3 CD4007
4 TL082, 1N4148, 10kΩ, 1kΩ, 100Ω
5 TL082, 4 x 10kΩ, 1μF
6 TL082, 1kΩ, 2 x 10kΩ
7 LM555, 2 x 470Ω, 10kΩ, 22μF, 10nF, Led Vermelho, Led Verde, Resistores Calculados
8 LM555, 4,3kΩ, 2 x 100nF, 10μF
9 LM555, 3kΩ, 3,9kΩ, 10nF
10 Somente simulação
![Page 4: TE052 Laboratório de Engenharia Elétrica III](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022022416/586f4eea1a28ab35738bb0b6/html5/thumbnails/4.jpg)
MI MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ SETOR DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
TE052 - Laboratório de Engenharia Elétrica III Prof. Alessandro L. Koerich
Experimento 1 Amplificador Inversor e Não-Inversor com AmpOp Objetivo Familiarizar-se com as propriedades básicas e aplicações do circuito integrado amplificador operacional (AmpOp), um dos blocos construtivos mais versáteis disponíveis atualmente para os projetistas de circuitos. A ênfase será nas características quase ideais do dispositivo. Componentes e Instrumentação
• Resistores: 51 kΩ, 100kΩ • AmpOp: TL082 • Protoboard
• Osciloscópio digital e duas ponteiras • Gerador de funções e cabo BNC-jacaré • Fonte de alimentação simétrica 12V.
Montagem
• Monte os circuitos de acordo com as figuras abaixo.
• Ajuste o gerador de funções (Vi) para fornecer uma onda senoidal de 1kHz e amplitude de 1V pico a pico. • Esboce nos gráficos abaixo de maneira sobreposta, as ondas em Vi e em Vo. • Aumente gradualmente a amplitude da onda senoidal e anote o valor de Vi onde pode se observar
distorção na onda em Vo.
![Page 5: TE052 Laboratório de Engenharia Elétrica III](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022022416/586f4eea1a28ab35738bb0b6/html5/thumbnails/5.jpg)
Tempo Tempo
Tempo Tempo
Tempo Tempo
Tempo Tempo
![Page 6: TE052 Laboratório de Engenharia Elétrica III](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022022416/586f4eea1a28ab35738bb0b6/html5/thumbnails/6.jpg)
MI MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ SETOR DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
TE052 - Laboratório de Engenharia Elétrica III Prof. Alessandro L. Koerich
Experimento 2 Integrador e Derivador com AmpOp Objetivo Um amplificador operacional na configuração integrador simula a operação matemática de integração que é basicamente um processo de soma que determina a área total sob uma função, ou seja, o integrador faz a integração da forma de onda da tensão de entrada. Um amplificador operacional na configuração derivador simula a operação matemática de derivação que é o processo de determinar a taxa instantânea de mudança de uma função. O diferenciador realiza a operação inversa da operação integradora. A forma de onda de saída é a derivada da forma de onda da entrada. Componentes e Instrumentação
• Resistores: 470Ω, 2 x 10kΩ, 1MΩ • Capacitores Cerâm./Poli.: 2 x 1nF (102) • AmpOp: TL082 • Protoboard
• Osciloscópio digital e duas ponteiras • Gerador de funções e cabo BNC-jacaré • Fonte de alimentação simétrica 12V.
Montagem
• Monte o circuito de acordo com a figura abaixo.
• Ajuste o gerador de funções (V1) para fornecer uma onda quadrada de 10kHz e amplitude de 2V pico a pico.
• Determine o ganho dos circuitos. • Esboce nos gráficos abaixo de maneira sobreposta e na mesma escala, as ondas em V1 e Vo1 e em V1 e
em Vo2. • Qual função cada circuito executa? • Varie a frequência e verifique como os circuitos se comportam em baixas e altas frequências.
![Page 7: TE052 Laboratório de Engenharia Elétrica III](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022022416/586f4eea1a28ab35738bb0b6/html5/thumbnails/7.jpg)
• Conecte agora um resistor de 1MΩ em paralelo com o capacitor do integrador e um resistor de 470Ω entre a fonte e o capacitor do derivador. Varie novamente a frequência e analise os efeitos das resistências introduzidas no circuito.
• Refaça o experimento aplicando em V1 uma onda triangular e uma onda senoidal.
Tempo Tempo
Tempo Tempo
Tempo Tempo
![Page 8: TE052 Laboratório de Engenharia Elétrica III](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022022416/586f4eea1a28ab35738bb0b6/html5/thumbnails/8.jpg)
MI MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ SETOR DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
TE052 - Laboratório de Engenharia Elétrica III Prof. Alessandro L. Koerich
Experimento 3 Portas Lógicas CMOS Objetivo A tecnologia CMOS emprega transistores NMOS juntamente com transistores PMOS para implementar funções lógicas. A dissipação estática de potência media é praticamente zero, pois não há fluxo de correntes. . Componentes e Instrumentação
• CI CD4007 • Protoboard
• Osciloscópio digital e duas ponteiras ou multímetro digital.
• Fonte de alimentação simétrica 15V.
Montagem
• Monte os circuitos de acordo com as figuras a seguir. Indique os números dos terminais do CD4007 dentro dos círculos.
![Page 9: TE052 Laboratório de Engenharia Elétrica III](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022022416/586f4eea1a28ab35738bb0b6/html5/thumbnails/9.jpg)
Circuito I Circuito II Circuito III
• Teste cada um dos circuitos e identifique qual função lógica cada circuito implementa preenchendo a tabela abaixo.
Circuito I Circuito II Circuito III Vi Vo VA VB VY VA VB VY
Função Lógica?
• Baseado nos circuitos acima, implemente a função lógica 𝑉𝑌 = 𝑉𝐴(𝑉𝐵 + 𝑉𝐶) e preencha o quadro abaixo
VA VB VC VY
15V
![Page 10: TE052 Laboratório de Engenharia Elétrica III](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022022416/586f4eea1a28ab35738bb0b6/html5/thumbnails/10.jpg)
MI MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ SETOR DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
TE052 - Laboratório de Engenharia Elétrica III Prof. Alessandro L. Koerich
Experimento 4 Amplificador Exponencial e Logarítmico Objetivo Amplificadores logarítmicos são amplamente utilizados para aplicações de compressão de sinais analógicos. Quando um diodo colocado no laço de realimentação de um amplificador operacional é diretamente polarizado, uma diferença de potencial surge sobre o diodo. Se considerarmos a tensão sobre o diodo como a tensão de saída, então a entrada e a saída estarão relacionadas de maneira logarítmica. Amplificadores exponenciais ou antilogarítmicos (antilog) fazem a operação inversa do amplificador logarítmico. Amplificadores exponenciais podem ser construídos apenas trocando a posição do resistor e diodo em um amplificador logarítmico. Componentes e Instrumentação
• Resistores: 10 kΩ, 1 kΩ, 100Ω • Diodo: 1N4148 • AmpOp: TL082 • Protoboard
• Multímetro ou Osciloscópio digital e duas ponteiras
• Fonte de alimentação simétrica 12V.
Montagem
• Monte os circuitos de acordo com as figuras abaixo.
• Aplique uma tensão contínua da ordem de milivolts na entrada (Vi) do amplificador logaritmo e avalie a tensão na saída (Vo).
• Aumente gradualmente a tensão de entrada (Vi) e continue avaliando a tensão na saída (Vo). • Esboce nos gráficos abaixo de maneira sobreposta, as tensões de entrada (Vi) e saída (Vo) • Mude a polaridade do diodo e avalie o efeito na saída do amplificador logarítmico. • Repita o mesmo procedimento para o amplificador exponencial (antilog), entretanto, aplique uma tensão
contínua inicial da ordem de milivolts e aumente gradualmente até 1V. • Como você poderia utilizar os circuitos acima para construir um multiplicador analógico de sinais?
Represente através de um diagrama de blocos.
![Page 11: TE052 Laboratório de Engenharia Elétrica III](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022022416/586f4eea1a28ab35738bb0b6/html5/thumbnails/11.jpg)
Tempo Tempo
Tempo Tempo
Tempo Tempo
Tempo Tempo
![Page 12: TE052 Laboratório de Engenharia Elétrica III](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022022416/586f4eea1a28ab35738bb0b6/html5/thumbnails/12.jpg)
MI MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ SETOR DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
TE052 - Laboratório de Engenharia Elétrica III Prof. Alessandro L. Koerich
Baseado no Material dos Profs. Waldomiro Yuan e Márlio Bonfim Experimento 5 Retificador de Precisão de Onda Completa Objetivo Um retificador de precisão pode ser utilizado para retificar pequenos sinais sem a perda dos 0,7V devido a queda de tensão sobre os diodos. O objetivo é montar e testa um retificador de precisão de onda completa. Componentes e Instrumentação
• Resistores: 4 x 10kΩ • Capacitores: 1 µF eletrolítico • AmpOp: TL082 • Protoboard
• Osciloscópio digital e duas ponteiras • Gerador de funções e cabo BNC-jacaré • Fonte de alimentação simétrica 10V.
Montagem • Monte o circuito de acordo com a figura abaixo.
• Ajuste o gerador de funções (V1) para fornecer uma onda senoidal de 20Hz e amplitude de 1V de pico a pico.
• Esboce nos gráficos abaixo de maneira sobreposta, as ondas em V1, V2, V3, V4 e V5. • Meça a ondulação pico a pico da saída (ripple) para as frequências de entrada 20Hz e 200Hz. Explique
por que há uma redução para maiores frequências. • Determine a máxima frequência de operação do circuito considerando um erro no valor de pico de 30%
em relação ao valor de pico em baixas frequências (20Hz). Analise a onda em V4. • Qual o principal parâmetro dos componentes usados que limita a máxima frequência?
Tempo Tempo
![Page 13: TE052 Laboratório de Engenharia Elétrica III](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022022416/586f4eea1a28ab35738bb0b6/html5/thumbnails/13.jpg)
Tempo
Tempo
![Page 14: TE052 Laboratório de Engenharia Elétrica III](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022022416/586f4eea1a28ab35738bb0b6/html5/thumbnails/14.jpg)
MI MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ SETOR DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
TE052 - Laboratório de Engenharia Elétrica III Prof. Alessandro L. Koerich
Experimento 6 Schimitt Trigger Objetivo Schmitt trigger é um circuito comparador de tensão com histerese que emprega realimentação positiva. Um comparador de tensão fornecerá em sua saída duas tensões: +Vcc e –Vcc, dependendo do valor da tensão de referência. Componentes e Instrumentação
• Resistores: 1 kΩ, 2 x 10kΩ • AmpOp: TL082 • Protoboard
• Osciloscópio digital e duas ponteiras • Gerador de funções e cabo BNC-jacaré • Fonte de alimentação simétrica 12V.
Montagem
• Monte o circuito de acordo com a figura abaixo.
• Ajuste a fonte de tensão contínua para fornecer Vref = 1V. • Ajuste o gerador de funções (Vin) para fornecer uma onda senoidal de 1kHz e amplitude de 10V pico a
pico. • Esboce nos gráficos abaixo de maneira sobreposta, as ondas em Vref, Vin e Vout. • Trace a curva de transferência do circuito e identifique os pontos de transição. • Altere o valor de Vref e verifique o efeito em Vout. • Aumente a frequência e verifique o efeito em Vout.
Tempo
![Page 15: TE052 Laboratório de Engenharia Elétrica III](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022022416/586f4eea1a28ab35738bb0b6/html5/thumbnails/15.jpg)
Tempo Tempo
Tempo
Tempo
Vin Vin
Vout Vout
![Page 16: TE052 Laboratório de Engenharia Elétrica III](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022022416/586f4eea1a28ab35738bb0b6/html5/thumbnails/16.jpg)
MI MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ SETOR DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
TE052 - Laboratório de Engenharia Elétrica III Prof. Alessandro L. Koerich
Experimento 7 Multivibradores Astável e Monoestável com 555 Objetivo Implementar multivibradores astável e monoestável usando o CI temporizador 555. O 555 possui dois modos operacionais básicos: disparo único e astável. No modo disparo único, o 555 é chamado de multivibrador monoestável. O circuito monoestável gera um pulso único de duração fixada por uma rede RC cada vez que ele recebe um pulso de entrada de disparo. No modo astável o 555 funciona como um oscilador. O multivibrador astável gera um feixe contínuo de pulsos retangulares que são chaveados entre dois nível de tensão. A frequência dos pulsos e seu ciclo de trabalho dependem também de uma rede RC. Componentes e Instrumentação
• Resistores: 2 x 470Ω, 10kΩ, e os calculados • Capacitores: 22µF (eletrolítico), 10nF (cerâmico/poliéster) • CI: LM555 • Leds: Vermelho e Verde. • Protoboard • Osciloscópio digital e duas ponteiras • Fonte de alimentação simétrica 15V.
Montagem
• Monte os circuitos de acordo com as figuras abaixo.
Multivibrador Astável Multivibrador Monoestável
Tcarga = 0,693(RA+RB)CT Tdescarga = 0,693RBCT Tduração = 1,1 RTCT
• Para o Multivibrador Monoestável:
o Encontre o valor teórico para a resistência RT para uma duração de 6, 15 e 30 segundos. o Escolha o resistor de valor comercial mais próximo. o Meça e anote o valor do resistor na tabela a seguir. Anote também a duração calculada. o Monte o circuito e complete a tabela . o Note que o jumper/chave não deve ficar ligada na referência. Dar somente um pulso para ativar o
ciclo de temporização. o Use a duração medida para estimar o valor real do capacitor. o Repita a medida da duração três vezes para o tempo de 30 segundos. o Esboce nos gráficos abaixo de maneira sobreposta, as ondas em (Vo) e (Dis).
![Page 17: TE052 Laboratório de Engenharia Elétrica III](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022022416/586f4eea1a28ab35738bb0b6/html5/thumbnails/17.jpg)
T Rteórica Rcomercial Rmedido Tcalculada Tmedida Ccalculado 6 seg 15 seg 30 seg 30 seg 30 seg
• Para o Multivibrador astável: o Dado um ciclo de trabalho (duty cycle) D=2/3 uma frequência f = 0,167Hz e o capacitor CT=22µF,
encontre RA e RB (onde RA > 100kΩ). Escolha valores comerciais mais próximos. o Meça e anote o valor dos resistores na tabela a seguir. Anote também os períodos medidos e
calculados, bem como o ciclo de trabalho. o Monte o circuito e complete a tabela.
RA medido RB medido Tteórico Tmedido Dteórico Dcalculado
Tempo
Tempo
![Page 18: TE052 Laboratório de Engenharia Elétrica III](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022022416/586f4eea1a28ab35738bb0b6/html5/thumbnails/18.jpg)
![Page 19: TE052 Laboratório de Engenharia Elétrica III](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022022416/586f4eea1a28ab35738bb0b6/html5/thumbnails/19.jpg)
MI MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ SETOR DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
TE052 - Laboratório de Engenharia Elétrica III Prof. Alessandro L. Koerich
Baseado no Material do Prof. Waldomiro S. Yuan
Experimento 8 Modulador de Largura de Pulso (PWM) com 555 Objetivo PWM é um processo no qual a largura do pulso portador varia de acordo com a mudança instantânea na amplitude do sinal modulador. Quando o temporizador 555 está conectado no modo monoestável e disparado com um trem de pulsos contínuo, a largura do pulso de saída pode ser modulada por um sinal aplicado no pino de controle de tensão. Componentes e Instrumentação
• Resistores: 4,3kΩ • Capacitor: 2 x 100nF (cer/pol), 10uF (eletrol) • CI: LM555 • Protoboard
• Osciloscópio digital e duas ponteiras • 2 x Gerador de funções e cabo BNC-jacaré • Fonte de alimentação 5V.
Montagem
• Monte o circuito de acordo com a figura abaixo.
• Ajuste o gerador de funções (Mod) para fornecer uma onda senoidal de 100Hz com amplitude de 1V e
tensão de offset de 2V. • Aplique uma onda padrão TTL de 1kHz com ciclo de trabalho de 90% (0,9ms alto e 0,1ms baixo). • Esboce nos gráficos abaixo de maneira sobreposta, as ondas em Mod, Clock e Out. • Reduza gradualmente a frequência da onda senoidal (Mod) e verifique o efeito na saída (Out) • Esboce nos gráficos abaixo de maneira sobreposta, as ondas em Mod, Ctr e Out para uma frequência
inferior a 100Hz.
Tempo
![Page 20: TE052 Laboratório de Engenharia Elétrica III](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022022416/586f4eea1a28ab35738bb0b6/html5/thumbnails/20.jpg)
Tempo
Tempo
![Page 21: TE052 Laboratório de Engenharia Elétrica III](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022022416/586f4eea1a28ab35738bb0b6/html5/thumbnails/21.jpg)
MI MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ SETOR DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
TE052 - Laboratório de Engenharia Elétrica III Prof. Alessandro L. Koerich
Baseado no Material do Prof. Waldomiro S. Yuan
Experimento 9 Modulador de Posição de Pulso (PPM) com 555 Objetivo PPM é um tipo de modulação na qual a posição dos pulsos muda de acordo com o valor instantâneo da amplitude do sinal modulante. Quando o temporizador 555 está conectado no modo astável com um sinal modulante aplicado no terminal de controle de tensão. A posição do pulso de saída varia com o sinal modulante, pois a tensão de limiar e portanto o tempo de atraso é alterado. Componentes e Instrumentação
• Resistores: 3kΩ, 3,9kΩ • Capacitor: 10nF • CI: LM555 • Protoboard
• Osciloscópio digital e duas ponteiras • Gerador de funções e cabo BNC-jacaré • Fonte de alimentação 5V.
Montagem
• Monte o circuito de acordo com a figura abaixo.
• Ajuste o gerador de funções (Mod) para fornecer uma onda triangular de 1,5kHz com amplitude de 1,5V
e tensão de offset de 2V. • Esboce nos gráficos abaixo de maneira sobreposta, as ondas em Mod, Ctr e Out. • Altere gradualmente a frequência da onda triangular (Mod) e verifique o efeito na saída (Out) • Esboce nos gráficos abaixo de maneira sobreposta, as ondas em Mod, Ctr e Out para outras frequências.
Tempo
![Page 22: TE052 Laboratório de Engenharia Elétrica III](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022022416/586f4eea1a28ab35738bb0b6/html5/thumbnails/22.jpg)
Tempo
Tempo