Telecomunicações Práticas V0206

Kit Didático de Telecomunicações

Prática

Índice

Módulo 01....................................................................................................... 1

Conhecendo o Conjunto Didático de Telecomunicações.................................................................. 3 Análise dos Módulos de Ensaios.................................................................................................. 3

Módulo 02 Experiência 01 .......................................................................... 11

Módulo 02 – Filtro Ativo e Passivo Passa-Faixa ............................................................................. 13 Análise da Curva de Resposta de um Filtro Ativo Passa-Faixa ....Erro! Indicador não definido.


Módulo 02 – Filtro Ativo e Passivo Passa-Faixa ............................................................................. 27 Análise da Curva de Resposta de um Filtro Ativo Passa-Faixa Projetado................................. 27


Módulo 02 – Filtro Ativo Rejeita-Faixa (VCVS) ............................................................................... 41 Análise de composição de sinais – Verificação do Funcionamento de Filtros Ativos Rejeita Faixa........................................................................................................................................... 41


Módulo 02 – Filtro Ativo Rejeita-Faixa (VCVS) ............................................................................... 55 Análise de composição de sinais – Verificação do Funcionamento de Filtros Ativos Rejeita Faixa Projetado........................................................................................................................... 55


Módulo 02 – Série de Fourier.......................................................................................................... 65 Análise de composição de sinais................................................................................................65


Módulo 03 – Receptor Super-Heteródino........................................................................................ 77 Calibração do Receptor Experimental de Ondas Médias........................................................... 77

KIT DIDÁTICO DE TELECOMUNICAÇÕES i

Módulo 03 Experiência 02...........................................................................83

Módulo 03 – Receptor Super-Heteródino........................................................................................85 Receptor de AM-DSB experimental de Ondas Médias...............................................................85

Módulo 04 Experiência 01...........................................................................93

Módulo 04 – Gerador de Rádio Freqüência para Ondas Médias....................................................95 Calibração do Gerador de Rádio Freqüência .............................................................................95

Módulo 05 Experiência 01.........................................................................103

Módulo 05 – Modulador de AM-DSB.............................................................................................105 Sistema de Modulação de AM-DSB .........................................................................................105


Módulo 05 – Demodulador de envoltória à diodo..........................................................................116 Demodulador de AM-DSB ........................................................................................................116


Módulo 05 – Modulador AM-DSB S/C...........................................................................................128 Demodulador de AM-DSB ........................................................................................................128


Módulo 06 – Equalizador de Áudio................................................................................................138 Filtros Ativos Passa-Faixa (MFB) .............................................................................................138


Módulo 07 – Modulação PAM .......................................................................................................154 Modulação de sinais por amostragem ......................................................................................154

Módulos 08 e 09 Experiência 01...............................................................160

Módulos 08 e 09 – Multiplexação-Demultiplexação ......................................................................162 Análise de composição de sinais..............................................................................................162

ii KIT DIDÁTICO DE TELECOMUNICAÇÕES

Módulo 10 Experiência 01 ........................................................................ 170

Módulo 10 – Conversores D/A A/D ............................................................................................... 172 Conversão de Sinal Digital para Analógico .............................................................................. 172


Módulo 10 – Conversores D/A A/D ............................................................................................... 180 Análise de composição de sinais.............................................................................................. 180


Módulo 12 – Modulador PCM........................................................................................................ 188 Análise de composição de sinais.............................................................................................. 188

Módulos 12 e 13 Experiência 01 .............................................................. 196

Módulos 12 e 13 – Modulador e Demodulador PCM .................................................................... 198 Análise de composição de sinais.............................................................................................. 198


Módulo 13 – Demodulador PCM................................................................................................... 204 Análise de composição de sinais.............................................................................................. 204


Módulo 14 – Osciladores............................................................................................................... 210 Osciladores harmônicos ........................................................................................................... 210


Módulo 15 – Modulação e Demodulação FM Digital..................................................................... 222 Sistema de modulação e demodulação por um astável ........................................................... 222

KIT DIDÁTICO DE TELECOMUNICAÇÕES iii


Módulo 16 – Transmissão em freqüência Modulada.....................................................................235 Transmissão de FM de faixa estreita (FMFE) com diodo varicap ............................................235


Módulo 17 – Amplificador de Áudio...............................................................................................243 Amplificador de áudio ...............................................................................................................243


Módulo 18 – Receptor de FM com Diodo Varicap.........................................................................251 Receptor de FM Experimental ..................................................................................................251


Módulo 19 – Modulação por Largura de Pulsos – PWM ...............................................................259 Modulador PWM (Pulse Width Modulation) ..............................................................................259


Módulo 20 – Modulação e Demodulação por PLL ........................................................................267 Sistema de modulação e demodulação por CI 4046 ................................................................267

iv KIT DIDÁTICO DE TELECOMUNICAÇÕES

Módulo 01

KIT DIDÁTICO DE TELECOMUNICAÇÕES 1

Conhecendo o Conjunto Didático de TelecomunicaçõesConhecendo o Conjunto Didático de Telecomunicações

2 KIT DIDÁTICO DE TELECOMUNICAÇÕES


Conhecendo o Conjunto Didático de Telecomunicações

CONHECENDO O CONJUNTO DIDÁTICO DE TELECOMUNICAÇÕES

Análise dos Módulos de Ensaios

Objetivos

Após completar este ensaio você deverá ser capaz de:

1 – Reconhecer os diversos Módulos de ensaios, identificando suas aplicações. 2 – Reconhecer os diversos tipos de modulação e demodulação, digitais e analógicas. 3 – Reconhecer os diversos sistemas de filtros. 4 – Reconhecer os diversos Módulos básicos para montagens e calibrações.

Material do Conjunto Didático

Módulo 01 – Gerador de Funções Módulo 02 – Filtros Ativos e Passivos Módulo 03 – Rádio de Ondas Médias Módulo 04 – Gerador de Rádio Freqüência Módulo 05 – Modulação e Demodulação AM-DSB Módulo 06 – Equalizador – Filtros Ativos Módulo 07 – Modulação PAM Módulo 08 – Multiplexador Módulo 09 – Demultiplexador Módulo 10 – Conversores A/D e D/A Módulo 11 – Fonte de Alimentação Simétrica Módulo 12 – Modulação PCM Módulo 13 – Demodulação PCM Módulo 14 – Osciladores Módulo 15 – Modulação e Demodulação FM Digital Módulo 16 – Transmissor de FM Módulo 17 – Amplificador de Áudio Módulo 18 – Receptor de FM Módulo 19 – Modulação PWM Módulo 20 – Modulação e Demodulação PLL

Componentes Extras

Além dos Módulos de ensaios, nosso conjunto didático apresenta vários componentes dispostos em bases de montagem, para serem utilizados nos Experimentos.

Estes componentes são elementos passivos, como resistores, capacitores e indutores, os quais conectados aos pontos dos circuitos alteram o funcionamento dos mesmos, ajustando a polarização e a freqüência de oscilação dos diversos Módulos.



Introdução Teórica

Classificação dos Módulos por Funcionalidade

Módulos Acessórios:

Dentre os vinte Módulos, três deles são considerados Módulos de apoio ou de calibração, são eles: Módulos: 01 – Gerador de Funções, 04 – Gerador de Rádio Freqüência e 11 – Fontes de Alimentação.

Estes Módulos de apoio serão sempre utilizados em nossas montagens, pois são responsáveis pela geração dos sinais DC e AC necessários ao funcionamento de todos os outros Módulos.

Módulos Básicos:

Os Módulos 02 – Filtros Ativos e Passivos e 14 – Osciladores são considerados Módulos básicos, pois abordam conceitos fundamentais aos sistemas de rádio freqüência, tais como ressonância, composição de reatâncias, oscilação, composição e decomposição de sinais.

Módulos de Tratamento de Sinais:

Os Módulos 06 – Equalizador, 10 – Conversores A/D e D/A e 17 – Amplificador de Áudio são considerados Módulos de tratamento de sinais, pois estão relacionados a adequação de sinais a serem modulados ou que resultem de um processo de demodulação, amplamente utilizados em sistemas de telecomunicações.

Módulos Avançados:

Os Módulos 05 – Modulação e Demodulação AM-DSB, 07 – Modulação PAM, 08 – Multiplexador, 09 – Demultiplexador, 12 – Modulação PCM, 13 – Demodulação PCM, 15 – Modulação e Demodulação FM Digital, 19 – Modulação PWM e 20 – Modulação e Demodulação PLL são considerados Módulos avançados, pois abordam conceitos como modulação e demodulação analógica de sinais e modulação e demodulação digital de sinais.

Módulos de Aplicações:

Os Módulos 03 – Rádio de Ondas Médias, 16 – Transmissor de FM e 18 – Receptor de FM são considerados Módulos de aplicações, pois estão relacionados à transmissão e recepção de sinais.

Conhecendo-se com os Módulos

Codificação dos Bornes de Ligação:

Todos os Módulos apresentam bornes que permitem interligar os diferentes Módulos. Assim como inserir componentes que alteram o comportamento funcional do circuito.



Para facilitar as conexões estabelecemos um código de cores para os bornes que segue a seguinte definição:

Bornes de Cor Marfim: utilizados para conexão dos componentes externos, pontos de testes e medições.

Bornes de Cor Preta: utilizados como referência (GND) para medida de tensão elétrica.

Bornes de cor Azul: utilizados como entrada nos circuitos dos diferentes Módulos. Bornes de Cor Amarela: utilizados como saída nos circuitos dos diferentes Módulos. Bornes de Cor Verde: utilizados para indicar pontos de alimentação negativa, -12V. Bornes de Cor Vermelha: utilizados para indicar pontos de alimentação positiva, +12V. Bornes de Cor Cinza: utilizados para indicar pontos de alimentação positiva, +5V.

Verificando o Funcionamento dos Módulos:

Módulo 01 – Gerador de Funções

Este Módulo consiste de um gerador de sinais com três formas de ondas diferentes (quadrada, triangular e senoidal) e simultâneas.

Este gerador baseia-se no Circuito Integrado 8038 que gera simultaneamente as três formas de onda de mesma freqüência. No gerador utilizamos ainda o circuito integrado LM358 como amplificador para o sinal de saída.

O ajuste da freqüência dos sinais gerados é feito utilizando-se o potenciômetro P1: a ausência de um indicador de freqüência, torna necessário que a cada ajuste de sinal, façamos sua leitura, no borne correspondente, com um osciloscópio.

O ajuste da amplitude dos sinais é feito pelos potenciômetros P3 e P4 que apresentam o mesmo eixo. Este potenciômetro duplo funciona em ponte para ajustar o ganho do amplificador dos sinais gerados.

Módulo 02 – Filtros Ativos e Passivos

Este Módulo consiste de três circuitos de filtro. Dois destes circuitos são denominados filtros ativos, pois apresentam como componente principal, um circuito integrado Amplificador Operacional; o outro circuito é um filtro passivo formado por uma associação paralelo a um capacitor e um indutor.

Este Módulo apresenta duas características interessantes; uma delas é que todos os componentes passivos, resistores, capacitores e indutores, utilizados durante os experimentos com filtros, são dimensionados pelo aluno, de modo a atender as características de funcionamento solicitadas. Feito o dimensionamento dos componentes, o aluno realiza a montagem dos circuitos e constata, na prática, seu funcionamento conforme as especificações iniciais, levando sempre em consideração alguns possíveis desvios como conseqüência natural da precisão dos componentes envolvidos na montagem.



Uma outra característica importante, diz respeito a alimentação dos filtros ativos, a qual utiliza-se de uma fonte simétrica, -12V e +12V.

Módulo 03 – Rádio de Ondas Médias

Este Módulo consiste num rádio receptor super-heteródino disposto de forma a permitir ensaios e testes em cada um dos Módulos funcionais do sistema de recepção em ondas médias.

Este Módulo apresenta uma aplicação integrada e funcional, muito interessante, de diversos sistemas de rádio transmissão, desde o circuito sintonizado, passando pelos filtros e osciladores locais até os detectores.

Durante os experimentos utilizando o Módulo 03 – Rádio de Ondas Médias, conectaremos a este o Módulo 11 – Fonte de Alimentação Simétrica e o Módulo 17 – Amplificador de Áudio. Será mostrado ainda o procedimento de calibração do Módulo 03 – Rádio de Ondas Médias, durante o qual se fará uso do Módulo 04 – Gerador de Rádio Freqüência.

Módulo 04 – Gerador de Rádio Freqüência

Este Módulo consiste de um gerador de Rádio Freqüência, no qual podemos encontrar um circuito oscilador local e um modulador.

O módulo disponibiliza também um sinal com freqüência de 455 kHz utilizado para a calibração da freqüência intermediária – FI – num rádio de ondas médias.

O índice de modulação é definido através do potenciômetro P2, e a atenuação do sinal de RF é controlada através do potenciômetro P3.

O trimpot P1 ajusta a freqüência de um sinal de áudio que será utilizado para modular a portadora.

Módulo 05 – Modulação e Demodulação AM-DSB

Este Módulo consiste de um circuito Modulador AM-DSB, um circuito Modulador AM-DSB/SC e um circuito demodulador AM-DSB os quais funcionam de forma totalmente independente.

Através dos potenciômetros P1 e P2 fazemos o ajuste do índice de modulação do Modulador AM-DSB; com o potenciômetro P3 ajustamos a modulação do circuito Moduladora AM-DSB/SC.

Os ensaios com este Módulo prevêem a verificação da modulação de um sinal de acordo com o ajuste do índice de modulação observando-se as características dos sinais de saída dos moduladores AM-DSB e AM-DSB/SC.

Além disto, poderemos observar a recuperação do sinal modulado na saída do circuito demodulador. Assim, poderemos observar qual o melhor índice de modulação para as características do sinal de entrada.



Módulo 06 – Equalizador – Filtros Ativos

Este Módulo consiste de quatro filtros ativos com a mesma configuração, e tem por objetivo, o dimensionamento e a implementação de filtros de acordo com as freqüências desejadas.

Em nossos ensaios com este Módulo chegaremos a desenvolver um sistema de equalização de sinais de áudio.

Módulo 07 – Modulação PAM

Este Módulo consiste de um circuito modulador e um circuito gerador de onda quadrada. Durante os experimentos, estaremos desenvolvendo conceitos relacionados a um sistema demodulação em amplitude de pulso.

O sinal de onda quadrada é gerado através de uma configuração de polarização do circuito integrado 4046.

A modulação em amplitude de pulso é feita através de uma configuração Darlington com dois transistores.

Módulo 08 – Multiplexador

Este Módulo consiste de um gerador de onda quadrada, utilizando o circuito integrado 4060, com freqüência de oscilação definida externamente por um RC e um multiplexador.

O circuito integrado CD 4060 é responsável por gerar também o sincronismo para o circuito demultiplexador.

Este processo de multiplexação pode ser definido como modulação no tempo.

Com este módulo podemos desenvolver ensaios verificando o processo de composição de vários sinais, sem que eles percam suas características, e em conjunto com o Módulo 09 – Demultiplexador, podemos observar como os sinais compostos retornam às suas condições originais.

Módulo 09 – Demultiplexador

Este Módulo consiste de um circuito demultiplexador, com uma entrada e oito saídas, além de borne para entrada do sinal de sincronismo, proveniente do Módulo 08 - Multiplexador.

Utilizamos o mesmo Circuito Integrado 4060 para gerar a freqüência de varredura a partir do sinal de sincronismo e o Circuito Integrado 74164 como demultiplexador.

Como na demultiplexação podemos ter até 8 sinais ao mesmo tempo, utilizamos um elemento que funciona como Latch, Circuito Integrado 74373, o qual mantém as 8 informações na saída do circuito até que uma nova mensagem seja recebida.

Vale ressaltar que por ser um circuito digital, a alimentação deste módulo deve ser feita com a fonte de +5V.



Este processo de demultiplexação pode ser definido como demodulação no tempo.

Módulo 10 – Conversores A/D e D/A

Este Módulo consiste de um conversor de sinais digitais em sinais analógicos, utilizando uma configuração de resistores denominada R–2R, e um conversor de sinais analógicos em sinais digitais, utilizando um circuito integrado ADC0804.

Este processo de conversão foi ajustado para limites de sinais de 0 à 5V, assim, a alimentação deste módulo deve ser feita utilizando-se a Fonte de Alimentação Simétrica de +5V. Para facilitar a montagem e reduzir a possibilidade de erros, utilizamos borne de cor cinza no ponto de entrada de alimentação positiva deste módulo.

Módulo 11 – Fonte de Alimentação Simétrica

Este Módulo consiste numa fonte de tensão simétrica de -12V e +12V e +5V fixa. Vale lembrar que durante os experimentos, os bornes pretos de todos os Módulos utilizados devem ser interligados.

Módulo 12 – Modulação PCM

Este Módulo consiste de um circuito modulador em código de pulso, utilizado para codificar sinais em pulsos.

Utilizamos um microcontrolador para implementar o sistema de codificação, que no caso foi desenvolvido por software. Através de chaves, geramos um dígito que é codificado e transmitido serialmente pelo microcontrolador.

Módulo 13 – Demodulação PCM

O Demodulador PCM consiste de uma entrada serial, que recebe o código pulsado correspondente a um caracter e 8 saídas que são acionadas de acordo com o código recebido.

Além da entrada serial de dados, o módulo prevê uma entrada de sincronismo para ser conectada a um modulador PCM.

Para cada uma das saídas correspondente a um código temos um led e um borne que serão utilizados para leitura do código recebido.

Módulo 14 – Osciladores

Este Módulo consiste de três das principais configurações de osciladores desenvolvidas para sistemas de telecomunicações.

Oscilador Colpitts, por Deslocamento de Fase e Duplo T.



Este módulo é acompanhado de alguns componentes em placas de montagens utilizados para configurar os osciladores Colpitts e por Deslocamento de Fase, de acordo com a freqüência de oscilação desejada.

No oscilador duplo T, o potenciômetro P1 define a fase da malha de realimentação, mantendo-a desbalanceada o suficiente para haver oscilação.

Cada um dos osciladores apresenta alimentação independente, ou seja, quando quisermos trabalhar com um dos osciladores devemos conectar os bornes de alimentação do oscilador à Fonte de Alimentação.

Módulo 15 – Modulação e Demodulação FM Digital

Este módulo consiste de um modulador e demodulador de FM Digital, denominado de inclinação.

O circuito modulador apresenta um borne de entrada ao qual conectamos o sinal de áudio a ser modulado, dois bornes de saída, um antes do filtro sintonizado e outro depois. A finalidade é observarmos o efeito do filtro no sinal modulado. O índice de modulação é ajustado através do potenciômetro P1.

O demodulador é um circuito passivo, ou seja não precisa de alimentação DC para funcionar. A sintonia para a demodulação é ajustada através do potenciômetro P2.

Módulo 16 – Transmissor de FM

Este módulo consiste de um circuito transmissor experimental de FM. Para modularmos um sinal de áudio devemos conectar um jumper entre os bornes que estão sobre o capacitor C2. Este jumper interliga o capacitor C17 ao sinal de áudio que passa pelo potenciômetro P3.

Na saída antena do Módulo 16 o transmissor de FM deve ser conectado uma antena telescópica.

Módulo 17 – Amplificador de Áudio

Este Módulo consiste de um amplificador de áudio, muito importante em sistemas de telecomunicações, responsável pelo controle da amplitude do sinal de saída.

Ao coletor do par complementar de saída devemos conectar um jumper para que a saída possa ser excitada. Ao borne de saída, identificado como J4 deve ser conectado um alto-falante de baixa impedância que acompanha o conjunto didático.

Módulo 18 – Receptor de FM

Eeste Módulo consiste de um receptor de FM implementado e completamente calibrado para operar na faixa de 88 a 108 MHz.

Os procedimentos de calibração já implementados serão descritos na apostila prática porém não desenvolvido pelos alunos treinados.



A saída de áudio do receptor de FM, identificada pelo borne J4 deve ser conectada a um amplificador de áudio.

Este receptor de FM tem sua sintonia baseada em um componente que varia sua capacitância de acordo com a tensão aplicada.

Este elemento é um diodo varicap, ou uma junção de um transistor que apresenta capacitância parasita quando reversamente polarizado.

Módulo 19 – Modulação PWM

Neste Módulo estaremos trabalhando com um sistema de modulação muito utilizado em sistemas de controle de servo mecanismo.

Este sistema denominado PWM – Pulse Width Modulation – Modulação por Largura de Pulso é desenvolvido através de dois amplificadores operacionais configurados um como integrador e o outro como comparador.

Modulamos a largura do pulso do sinal de saída de acordo com o sinal aplicado na entrada do modulador.

O ajuste feito pelo potenciômetro P1 influência diretamente no período do sinal triangular gerado pelo integrador e o potenciômetro P3 ajusta o nível de tensão de comparação para o comparador de saída.

Além do modulador PWM este módulo apresenta um oscilador de onda-quadrada utilizada na entrada do sistema de modulação.

Módulo 20 – Modulação e Demodulação PLL

Este Módulo aborda um sistema de modulação e demodulação dos mais interessantes desenvolvidos em telecomunicações.

A fase do sinal de saída varia de acordo com o sinal aplicado a entrada. Na demodulação o sistema de sintonia tenta gerar um sinal de mesma fase do sinal recebido e assim temos o que chamamos de travamento (sincronismo) do sistema e o sinal pode ser decodificado.

Neste Módulo temos o modulador e o demodulador PLL, além disto alguns componentes acompanham este módulo para configurarmos o modulador e o demodulador, quanto à freqüência de operação.

O controle do modulador é feito através dos potenciômetros P1 e P3 referente à freqüência de entrada e de saída.

O controle do demodulador é feito através do potenciômetro P2. Toda a configuração do demodulador é feita através de componentes externos conectados ao circuito.

Por abordarmos assuntos tão interessantes com nosso conjunto didático, não consideramos errado desejar aos alunos que utilizarão o equipamento um BOM TRABALHO E BOM DIVERTIMENTO!!!!


Módulo 02 Experiência 01


Conhecendo o Conjunto Didático de TelecomunicaçõesConhecendo o Conjunto Didático de Telecomunicações



Módulo 02 – Filtro Ativo e Passivo Passa-Faixa

MÓDULO 02 – FILTRO ATIVO E PASSIVO PASSA-FAIXA

Análise da Curva de Resposta de um Filtro Ativo Passa-Faixa Projetado

Filtro Ativo Passa-Faixa (MFB)

Objetivos


1 – Analisar experimentalmente circuitos de Filtros Ativos Passa-Faixa tipo MFB com amplificadores operacionais.

2 – Compreender as características de Filtros Ativos Passa-Faixa quanto às formas de ondas dos sinais de entrada e os sinais de saída.

3 – Determinar a banda passante e o fator de qualidade dos filtros projetados.

4 – Esboçar o gráfico da curva característica de Filtros Ativo Passa-Faixa.

Material Utilizado

Módulo 02 – Filtros Ativos e Passivos. Módulo 01– Gerador de Funções Módulo 11 – Fonte de Alimentação Simétrica Osciloscópio

Lista de Componentes

Resistores: R1=33kΩ, R2=2k2Ω, R3=120kΩ. Capacitores: C1=C2=1nF.

Introdução

Os filtros são bastante utilizados em um grande número de circuitos eletrônicos, nas telecomunicações desempenham importante função no tratamento de sinais. Tomemos como exemplo o MODEM (MOdulador/DEModulador) que apesar de serem circuitos digitais, utilizam filtros como circuitos integrantes do sistema de transmissão de dados.

Os filtros eletrônicos são circuitos que servem para atenuar ou selecionar sinais elétricos de uma certa faixa de freqüência, podendo ser classificados em Passivos e Ativos.

Ambos os tipos podem se apresentar em quatro estruturas: passa-baixa (FPB), passa-alta (FPA), passa-faixa (FPF) e rejeita-faixa (FRF).



A configuração dos elementos que compõem os filtros define a sua funcionalidade.

Projetando o Filtro Ativo Passa-Faixa (MFB) pelo método prático

Os valores dos componentes a serem utilizados, dependem diretamente do fator de qualidade adotado no projeto.

Para um funcionamento adequado do filtro, uma das condições importantes é que o fator de qualidade a ser adotado não seja superior a 10.

Antes de determinar os valores dos componentes do circuito da figura 1, precisamos estabelecer a faixa de freqüência na qual iremos operar, ou seja, definir de início a freqüência de corte inferior (fci) e freqüência de corte superior do filtro (fcs).

Esta é a configuração básica de um Filtro Ativo Passa-Faixa.

Figura 1

A partir das freqüências de corte, determinamos:

Freqüência de ressonância (fo) Fator de qualidade do filtro (Q) Ganho do filtro (k) Banda passante (w)

Para determinar a freqüência de ressonância usamos a seguinte expressão:

fcs.fcifo =

O fator de qualidade pode ser determinado pela seguinte expressão:

fcifcsfoQo−

= = BWfo

O ganho do filtro (k) deve atender a seguinte condição:

2Qo.2k <



Determinação dos capacitores e resistores do Filtro Ativo Passa-Faixa (MFB)

O valor do capacitor determinado pelo cálculo deve ser aproximado aos valores dos capacitores comerciais. O valor calculado deve atender a seguinte relação:

F10fo10C 6−×=

Os valores dos resistores R1, R2 e R3 podem ser determinados pelas seguintes equações:

CKQ

1Ro

o

ω=

)KQ2(C

Q2

2oo

o

−ω=R

CQ2

3o

o

ω=R

Projetando o filtro

Projetar um Filtro Ativo Passa-Faixa que atenda as seguintes condições:

Freqüência de corte inferior = 8750 Hz Freqüência de corte superior = 11250 Hz

A primeira providência é determinar a freqüência de ressonância do filtro empregando os dados do projeto, onde:

s/Rd653075,992114,32f2Hz5,9921f112508750ffcfcf

0000

00si0

=ω⇒××=ω⇒π=ω

=⇒×=⇒×=

O fator de qualidade é, BWf

Q 00 = onde BW = fcs – fci ⇒ BW = 4 kHz, ou seja 2500 Hz então:

97,3QHz2500Hz5,9921

BWfQ 00

0 =⇒==

O valor do fator de qualidade, Qo = 3,97, atende a condição de ser menor que 10, vamos adotar o valor calculado.

O valor do fator de qualidade interfere diretamente nos valores dos resistores a serem empregados no circuito. Na pratica, é interessante que se calcule os valores dos resistores empregando outros valores de Qo e analisando os resultados para verificar quais são os componentes encontrados no mercado.

O ganho do filtro é:

5,31K)97,3(2KQ2K 220 <⇒×<⇒<



Vamos adotar k=2.

Determinando o valor dos capacitores C1 e C2

Os valores dos capacitores podem ser iguais, ou seja, C1 = C2.

O valor do capacitor é:

nF1C10Hz5,9921

10C10f10C 66

0=⇒×=⇒×= −−

Vamos adotar C1 = C2 = 1nF

Determinando os resistores R1, R2 e R3.

Onde temos os seguintes dados:

Q0 = 3.97 k = 2 (adotado) ω0 = 62307 rd/s C1 = C2 = 1nF f0 = 9921,5 Hz

Determinando R1

Ω×=⇒×××

=⇒ω

= −3

1910

01 108,31R

2101307.6297,3R

CKQR

Vamos adotar R1 = 33 kΩ (valor comercial)

Determinando R2

Ω×=⇒−×××

=⇒−ω

=−

322922

00

02 1015,2R

)2)97.3(2(101307.6297,3R

)KQ2(CQR

Vamos adotar R2 = 2,2 kΩ (valor comercial)

Determinando R3

Ω×=⇒××

×=⇒

ω=

−3

3930

03 104,127R

101307.6297,32R

CQ2R

Vamos adotar R3 = 120 kΩ (valor comercial)



Procedimento Experimental

Diagrama de Montagem

Metodologia

Nesta experiência será feito o levantamento da amplitude do sinal de saída para ‘sinais de diversas freqüências aplicados na entrada do Filtro Ativo Passa-Faixa.

Verificaremos também a freqüência de ressonância do Filtro Ativo Passa-Faixa, suas freqüência de corte inferior e superior e determinaremos a sua banda passante. Faremos ainda a decomposição dos sinais triangular e quadrado, ajustando o Filtro Ativo Passa-Faixa em sua frequência de ressonância.

Finalmente, com os dados obtidos, faremos o levantamento do gráfico que representa a curva característica do Filtro Ativo Passa-Faixa.



Execução

01. Conecte os bornes vermelhos +Vcc (+12V), verde –Vcc (-12V), e preto GND, da Fonte de Alimentação Simétrica, aos bornes de mesma cor do Gerador de Funções (Módulo 01) e Filtros Ativos e Passivos (Módulo 02)..

02. Identifique os resistores R1=33kΩ, R2=2,2kΩ, R3=120kΩ para o filtro passa-faixa (MFB).

03. Identifique os capacitores de 1nF entre os componentes que acompanham o Kit Didático.

04. Conecte os resistores R1=33kΩ, R2=2,2kΩ, R3=120kΩ e os capacitores C1=1nF e C2=1nF, aos seus respectivos suporte de componentes, respeitando o diagrama posicional do Filtro Ativo Passa-Faixa (Módulo 02).

05. Posicione a chave S1 em Alta Freqüência do Gerador de Funções (Módulo 01).

06. Utilizando o canal 1 do osciloscópio ajuste a saída senoidal do Gerador de Funções (Módulo 01) para termos um sinal com amplitude entre 2,5 Vpp, variando o potenciômetro indicado R1 Amplitude Senoide,

07. Verifique se o sinal senoidal na saída do Gerador de Funções encontra-se sem deformação, caso ocorra deformação ajuste o potenciômetro Off-set do Gerador de Funções (Módulo 01), posicione a entrada do osciloscópio em DC para ajustar o Off-set do sinal do gerador de funções.

08. Utilizando as fórmulas apresentadas na introdução desta experiência determine as seguintes grandezas relacionadas ao filtro implementado:

fci (freqüência de corte inferior): ______________________________________________

fcs (freqüência de corte superior): _____________________________________________

Bw (banda passante): ______________________________________________________

f0 (freqüência de ressonância): _______________________________________________

Q0 (fator de qualidade): _____________________________________________________

K (ganho): _______________________________________________________________

09. Conecte a saída senoidal, um dos bornes amarelos, do Gerador de Funções (Módulo 01) ao borne azul de entrada (Ent.1) do Filtro Ativo Passa-Faixa (Módulo 02).

10. 10. Conecte o canal 1 do osciloscópio na saída do Filtro Ativo Passa-Faixa, borne amarelo identificado como Saída 1 (Módulo 02).

11. Varie a freqüência do sinal de saída do Gerador de Funções (Módulo 01), com o auxílio do potenciômetro indicada Freqüência.

12. Ajuste a freqüência do sinal de saída do gerador até que obtenhamos a freqüência de ressonância do filtro. A freqüência de ressonância ocorre quando o sinal na saída do filtro apresenta máxima amplitude.



13. Conecte o canal 1 do osciloscópio ao borne de saída de sinal senoidal do Gerador de Funções (Módulo 01) verifique o valor da freqüência.

________________________________________________________________________

14. Anote o valor da freqüência de ressonância do filtro na coluna fo da tabela 1.

15. Gire o cursor do potenciômetro Freqüência (R10) do Gerador de Funções (Módulo 01) para a esquerda até obter na saída do filtro um sinal com amplitude de aproximadamente 70% da amplitude obtida na freqüência de ressonância; o que corresponde à freqüência de corte inferior da banda passante do filtro, e anote na coluna fci da tabela 1 o valor da freqüência do sinal senoidal na saída do Gerador de Funções (Módulo 01).

16. Gire o cursor do potenciômetro Freqüência (R10) do Gerador de Funções (Módulo 01) para a direita até obter na saída do filtro um sinal com amplitude de aproximadamente 70% da amplitude obtida na freqüência de ressonância; o que corresponde à freqüência de corte superior da banda passante do filtro, e anote na coluna fcs da tabela 1 o valor da freqüência do sinal senoidal na saída do Gerador de Funções (Módulo 01).

Tabela 1

fci fo fcs

Freq. (kHz) 0,1 1 50 100

Vs (Vpp)

17. Com os dados obtidos na tabela 1, determine a banda passante do filtro e compare com o valor calculado.

________________________________________________________________________

18. Comente sobre as diferenças observadas no filtro dimensionado entre os valores solicitados e os valores medidos.

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________________________________________________________________________

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________________________________________________________________________



Aplicando um sinal triangular no filtro


19. Mantenha a mesma configuração de montagem do Filtro Ativo Passa-Faixa (Módulo 2) e a mesma faixa de freqüência do Gerador de Funções (Módulo 01).

20. Utilizando o canal 1 do osciloscópio ajuste a saída triangular do Gerador de Funções (Módulo 01) para termos um sinal com amplitude entre 2,5 Vpp, variando o potenciômetro indicado Amplitude Triângular; e com freqüência de 5 kHz, ajustada através do potenciômetro indicada Freqüência.

21. Conecte a saída triangular, um dos bornes amarelos, do Gerador de Funções (Módulo 01) ao borne azul de entrada (Ent.1) do Filtro Ativo Passa-Faixa (Módulo 02).

22. Verifique se o sinal triangular na saída do Gerador de Funções encontra-se sem deformação, caso ocorra deformação ajuste o potenciômetro Off-set do Gerador de Funções (Módulo 01).

23. Conecte o canal 1 do osciloscópio na saída do Filtro Ativo Passa-Faixa, borne amarelo identificado como Saída 1 (Módulo 02).




25. Ajuste a freqüência do sinal de saída do Gerador de Funções (Módulo 01) até que obtenhamos a freqüência de ressonância do filtro. A freqüência de ressonância ocorre quando o sinal na saída do filtro apresenta máxima amplitude.

26. Conecte o canal 1 do osciloscópio ao borne de saída de sinal triangular do Gerador de Funções (Módulo 01) verifique o valor da freqüência do sinal.

________________________________________________________________________


28. Gire o cursor do potenciômetro indicado Freqüência do Gerador de Funções (Módulo 01) para a esquerda até obter na saída do filtro um sinal com amplitude de aproximadamente 70% da amplitude obtida na freqüência de ressonância; o que corresponde à freqüência de corte inferior da banda passante do filtro, e anote na coluna fci da tabela 2 o valor da freqüência do sinal triangular na saída do Gerador de Funções (Módulo 01).

29. Gire o cursor do potenciômetro Freqüência do Gerador de Funções (Módulo 01) para a direita até obter na saída do filtro um sinal com amplitude de aproximadamente 70% da amplitude obtida na freqüência de ressonância; o que corresponde à freqüência de corte superior da banda passante do filtro, e anote na coluna fcs da tabela 2 o valor da freqüência do sinal triangular na saída do Gerador de Funções (Módulo 01).

Tabela 2

fci fo fcs

Freq. (kHz)

Vs (Vpp)


________________________________________________________________________

30. Compare os dados da tabela 2 com os dados obtidos na tabela 1 para um sinal senoidal. Comente os resultados.

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

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Aplicando um sinal com forma de onda quadrada no filtro



32. Utilizando o canal 1 do osciloscópio ajuste a saída quadrada do Gerador de Funções (Módulo 01) para termos um sinal com amplitude entre 2,5 Vpp, variando o potenciômetro indicado por Amplitude Quadrada; e com freqüência de 5 kHz, ajustada através do potenciômetro indicada Freqüência.

33. Conecte a saída quadrada, um dos bornes amarelos, do Gerador de Funções (Módulo 01) ao borne azul de entrada (Ent.1) do Filtro Ativo Passa-Faixa (Módulo 02).

34. Verifique se o sinal quadrado na saída do Gerador de Funções encontra-se sem deformação, caso ocorra deformação ajuste o potenciômetro Off-set do Gerador de Funções (Módulo 01).






38. Conecte o canal 1 do osciloscópio ao borne de saída de sinal quadrada do Gerador de Funções (Módulo 01) verifique o valor da freqüência.

________________________________________________________________________


40. Gire o cursor do potenciômetro indicado Freqüência do Gerador de Funções (Módulo 01) para a esquerda até obter na saída do filtro um sinal com amplitude de aproximadamente 70% da amplitude obtida na freqüência de ressonância; o que corresponde à freqüência de corte inferior da banda passante do filtro, e anote na coluna fci da tabela 3 o valor da freqüência do sinal quadrado na saída do Gerador de Funções (Módulo 01).

41. Gire o cursor do potenciômetro Freqüência do Gerador de Funções (Módulo 01) para a direita até obter na saída do filtro um sinal com amplitude de aproximadamente 70% da amplitude obtida na freqüência de ressonância; o que corresponde à freqüência de corte superior da banda passante do filtro, e anote na coluna fcs da tabela 3 o valor da freqüência do sinal quadrado na saída do Gerador de Funções (Módulo 01).

Tabela 3

fci fo fcs

Freq. (kHz)

Vs (Vpp)


________________________________________________________________________

43. Compare os dados da tabela 3 com os dados da tabela 2 e com os dados obtidos na tabela 1 para um sinal senoidal. Comente os resultados.

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________________________________________________________________________

________________________________________________________________________



44. Observe a forma de onda obtida no borne amarelo de saída do filtro quando aplicamos um sinal de onda quadrada. O Filtro Ativo Passa-Faixa sintoniza uma das harmônicas contidas na onda quadrada. Comente o resultado obtido.

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________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

45. Com os dados obtidos na tabela 1, construa o gráfico da curva característica do Filtro Ativo Passa-Faixa.

46. Comente as características das observações feito no Filtro Ativo Passa-Faixa para as diferentes formas de ondas aplicadas. Compare os dados obtidos na experimentação com os teóricos e escreva as conclusões.

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Módulo 02 – Filtro Ativo e Passivo Passa-FaixaMódulo 02 – Filtro Ativo e Passivo Passa-Faixa




MÓDULO 02 – FILTRO ATIVO E PASSIVO PASSA-FAIXA

Análise da Curva de Resposta de um Filtro Ativo Passa-Faixa Projetado

Filtro Ativo Passa-Faixa (MFB)

Objetivos


1 – Projetar circuitos de Filtros Ativos Passa-Faixa tipo MFB com amplificadores operacionais.

2 – Compreender as características dos filtros quanto às formas de ondas dos sinais de entrada e de saída.

3 – Determinar a banda passante e o fator de qualidade dos filtros projetados.

4 – Levantar um gráfico da curva característica dos Filtros Ativos Passa-Faixa.

5 – Dimensionar um Filtro Ativo Passa-Faixa de acordo com as características desejadas.

Material Utilizado

Módulo 02 – Filtros Ativos e Passivos Módulo 01– Gerador de Funções Módulo 11 – Fonte de Alimentação Simétrica Osciloscópio


Resistores: R1=22kΩ, R2=3,9kΩ, R3=39kΩ. Capacitores: C1=390pF, C2=390nF.

Introdução

Quando falamos em filtros, intuitivamente relacionamos o nome destes circuitos com sua função, ou seja, circuitos eletrônicos que selecionam determinadas freqüências do espectro do sinal de entrada.

Os filtros eletrônicos são circuitos que servem para atenuar ou selecionar sinais elétricos de uma certa faixa de freqüência. Os filtros podem ser classificados em: Passivos e Ativos.

Ambos os filtros podem se apresentar em quatro estruturas: passa-baixa (FPB), passa-alta (FPA), passa-faixa (FPF) e rejeita-faixa (FRF).



A configuração dos elementos que compõem os filtros define a sua funcionalidade.

Projetando o Filtro Ativo Passa-Faixa (MFB) pelo método prático

Os valores dos componentes a serem utilizados, dependem diretamente do fator de qualidade adotado no projeto.

Para um funcionamento adequado do filtro, uma das condições importantes é que o fator de qualidade a ser adotado não seja superior a 10.

Antes de determinar os valores dos componentes do circuito da figura 1, precisamos estabelecer a faixa de freqüência na qual iremos operar, ou seja, definir de início a freqüência de corte inferior (fci) e freqüência de corte superior do filtro (fcs).

Esta é a configuração básica de um Filtro Ativo Passa-Faixa.

Figura 1

A partir das freqüências de corte, determinamos:

Freqüência de ressonância (fo) Fator de qualidade do filtro (Q) Ganho do filtro (k) Banda passante (bw)

Para determinar a freqüência de ressonância emprega-se a seguinte equação:

si0 fcfcf ×=


is

00 fcfc

fQ−

= ⇒ BWf0

0 =Q

O ganho do filtro (k) deve atender a seguinte equação:

20Q2k ×<




O valor do capacitor determinado pelo cálculo deve ser aproximado aos valores dos capacitores comerciais encontrados no comércio. O valor adotado deve atender a seguinte relação:

F10f10C 6

0

−×=

Os valores dos resistores R1, R2 e R3 podem ser determinados pelas seguintes equações:

CKQ1R0

0

ω=

)KQ2(CQ

2 2oo

o

−ω=R

CQ23R0

0

ω=

Projetando o filtro

Projetar um Filtro Ativo Passa-Faixa que atenda as seguintes condições:

Freqüência de corte inferior = 20 kHz Freqüência de corte superior = 30 kHz

A primeira providência é determinar a freqüência de ressonância do filtro empregando os dados do projeto, onde:

s/Rd_____________________14,32f..2Hz__________f10301020ffcfcf

0000

033

0si0

=ω⇒××ω⇒π=ω

=⇒×××=⇒×=

O fator de qualidade é, BWfQ 0

0 = onde BW = fcs – fci ⇒BW = _____ kHz então:

Q0 = ________

O valor do fator de qualidade, Q0 = ______, atende a condição de ser menor que 10, vamos adotar o valor calculado.

O valor do fator de qualidade interfere diretamente nos valores dos resistores a serem empregados no circuito. Na pratica, é interessante que se calcule os valores dos resistores empregando outros valores de Q0 e analisando os resultados para verificar quais são os componentes encontrados no mercado.

O ganho do filtro é:

20Q2K ⋅< ⇒

Portanto o ganho do filtro não deve exceder a _________. Vamos adotar k = 2.




Os valores dos capacitores podem ser iguais, ou seja, C1 = C2.

O valor do capacitor é:

F10408C

10105,24

10CF10f10C

12

63

6

0−

−−

×=

××

=⇒×=

Vamos adotar C1 = C2 = 390 pF (valor comercial).

Determinando os resistores R1, R2 e R3.


Qo = ________ k = 2 (adotado) ωo = 2πfo C1 = C2 = 1nF fo = _____ kHz

Determinando R1

CKQ1Ro

0

ω= ⇒

R1 = _____ (valor comercial ______)

Adotar R1 = ________

Determinando R2

)KQ2(CQ2R 2

00

0

−ω= ⇒

ou seja, R2 = _______ (valor comercial mais próximo _____)

Adotar R2 = ________

Determinando R3

CQ23R0

0

ω=

R3 = _______ (valor comercial ______)

Podemos adotar R3 = _____





Metodologia

Nesta experiência será feito o levantamento da amplitude do sinal de saída para sinais de diversas freqüências aplicadas na entrada do Filtro Ativos Passa-Faixa.

Verificaremos também a freqüência de ressonância Filtro Ativo Passa-Faixa, suas freqüência de corte inferior e superior e determinaremos a sua banda passante. Faremos ainda a decomposição do sinal triangular e quadrado, ajustando o Filtro Ativo Passa-Faixa em sua freqüência de ressonância.

Finalmente, com os dados obtidos durante a experiência, faremos o levantamento do gráfico que representa a curva característica do Filtro Ativo Passa-Faixa.



Execução

01. Conecte os bornes vermelhos +Vcc (+12V), verde –Vcc (-12V), e preto GND, da Fonte de Alimentação Simétrica (Módulo 01), aos bornes de mesma cor do Gerador de Funções (Módulo 01) e Filtros Ativos e Passivos Passa-Faixa (Módulo 02).

02. Identifique os resistores calculados R1 = _________, R2 = _________ e R3 = ________ entre os componentes fixados em placas de montagem, que acompanham o conjunto didático.

03. Identifique os capacitores calculados C1 =_________ e C2 _________ entre os componentes fixados em placa de montagem, que acompanham o conjunto didático.

04. Conecte os resistores R1, R2, R3 e os capacitores C1 e C2 aos seus respectivos bornes (Marfim), respeitando o diagrama posicional do Filtro Ativo Passa-Faixa (Módulo 02).

05. Conecte um capacitor de 1 nF aos bornes TP7 e TP8 do Gerador de Funções (Módulo 01)

06. Utilizando o canal 1 do osciloscópio ajuste a saída senoidal do Gerador de Funções (Módulo 01) para termos um sinal com amplitude entre 2,5 Vpp, variando o potenciômetro indicado por Amplitude Senoide; e com freqüência de 10 kHz, ajustada através do potenciômetro indicada Freqüência.







K (ganho): _______________________________________________________________


09. Verifique se o sinal senoidal na saída do Gerador de Funções encontra-se sem deformação, caso ocorra deformação ajuste o potenciômetro Off-set do Gerador de Funções (Módulo 01),






13. Conecte o canal 1 do osciloscópio ao borne de saída de sinal senoidal do Gerador de Funções (Módulo 01) verifique o valor da freqüência.

________________________________________________________________________


15. Gire o cursor do potenciômetro indicado Freqüência do Gerador de Funções (Módulo 01) para a esquerda até obter na saída do filtro um sinal com amplitude de aproximadamente 70% da amplitude obtida na freqüência de ressonância; o que corresponde à freqüência de corte inferior da banda passante do filtro, e anote na coluna fci da tabela 1 o valor da freqüência do sinal senoidal na saída do Gerador de Funções (Módulo 01).

16. Gire o cursor do potenciômetro indicado Freqüência do Gerador de Funções (Módulo 01) para a direita até obter na saída do filtro um sinal com amplitude de aproximadamente 70% da amplitude obtida na freqüência de ressonância; o que corresponde à freqüência de corte superior da banda passante do filtro, e anote na coluna fcs da tabela 1 o valor da freqüência do sinal senoidal na saída do Gerador de Funções (Módulo 01).

Tabela 1

fci fo fcs

Freq. (kHz) 0,1 1 50 100

Vs (Vpp)


________________________________________________________________________






19. Utilizando o canal 1 do osciloscópio ajuste a saída triangular do Gerador de Funções (Módulo 01) para termos um sinal com amplitude entre 2,5 Vpp, variando o potenciômetro indicado por Amplitude Triângular; e com freqüência de 10 kHz, ajustada através do potenciômetro indicada Freqüência.

20. Conecte a saída triangular, um dos bornes amarelos, do Gerador de Funções (Módulo 01) ao borne azul de entrada (Ent.1) do Filtro Ativo Passa-Faixa (Módulo 02).

21. Verifique se o sinal triangular na saída do Gerador de Funções encontra-se sem deformação, caso ocorra deformação ajuste o potenciômetro indicado Off-set do Gerador de Funções (Módulo 01).






25. Conecte o canal 1 do osciloscópio ao borne de saída de sinal triangular do Gerador de Funções (Módulo 01) verifique o valor da freqüência.

________________________________________________________________________


27. Gire o cursor do potenciômetro indicado Freqüência do Gerador de Funções (Módulo 01) para a esquerda até obter na saída do filtro um sinal com amplitude de aproximadamente 70% da amplitude obtida na freqüência de ressonância; o que corresponde à freqüência de corte inferior da banda passante do filtro, e anote na coluna fci da tabela 2 o valor da freqüência do sinal triangular na saída do Gerador de Funções (Módulo 01).

28. Gire o cursor do potenciômetro indicado Freqüência do Gerador de Funções (Módulo 01) para a direita até obter na saída do filtro um sinal com amplitude de aproximadamente 70% da amplitude obtida na freqüência de ressonância; o que corresponde à freqüência de corte superior da banda passante do filtro, e anote na coluna fcs da tabela 2 o valor da freqüência do sinal triangular na saída do Gerador de Funções (Módulo 01).


________________________________________________________________________

Tabela 2

fci fo fcs

Freq. (kHz)

Vs (Vpp)

30. Compare os dados da tabela 2 com os dados obtidos na tabela 1 para um sinal senoidal. Comente os resultados.

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________






32. Utilizando o canal 1 do osciloscópio ajuste a saída quadrada do Gerador de Funções (Módulo 01) para termos um sinal com amplitude entre 2,5 Vpp, variando o potenciômetro indicado por Amplitude Quadrada; e com freqüência de 10 kHz, ajustada através do potenciômetro P1.

33. Conecte a saída quadrada, um dos bornes amarelos, do Gerador de Funções (Módulo 01) ao borne azul de entrada (Ent.1) do Filtro Ativo Passa-Faixa (Módulo 02).

34. Verifique se o sinal quadrado na saída do Gerador de Funções encontra-se sem deformação, caso ocorra deformação ajuste o potenciômetro Off-set do Gerador de Funções (Módulo 01).




36. Varie a freqüência do sinal de saída do Gerador de Funções (Módulo 01), com o auxílio do potenciômetro indicado Freqüência.


38. Conecte o canal 1 do osciloscópio ao borne de saída de sinal quadrada do Gerador de Funções (Módulo 01) verifique o valor da freqüência.

________________________________________________________________________


40. Gire o cursor do potenciômetro indicado Freqüência do Gerador de Funções (Módulo 01) para a esquerda até obter na saída do filtro um sinal com amplitude de aproximadamente 70% da amplitude obtida na freqüência de ressonância; o que corresponde à freqüência de corte inferior da banda passante do filtro, e anote na coluna fci da tabela 3 o valor da freqüência do sinal quadrado na saída do Gerador de Funções (Módulo 01).

41. Gire o cursor do potenciômetro indicado Freqüência do Gerador de Funções (Módulo 01) para a direita até obter na saída do filtro um sinal com amplitude de aproximadamente 70% da amplitude obtida na freqüência de ressonância; o que corresponde à freqüência de corte superior da banda passante do filtro, e anote na coluna fcs da tabela 3 o valor da freqüência do sinal quadrado na saída do Gerador de Funções (Módulo 01).

Tabela 3

fci fo fcs

Freq. (kHz)

Vs (Vpp)


________________________________________________________________________

43. Compare os dados da tabela 3 com os dados da tabela 2 e com os dados obtidos na tabela 1 para um sinal senoidal. Comente os resultados.

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________



44. Observe a forma de onda obtida no borne amarelo de saída do filtro quando aplicamos um sinal de onda quadrada. O Filtro Ativo Passa-Faixa sintoniza uma das harmônicas contidas na onda quadrada. Comente o resultado obtido.

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

45. Com os dados obtidos na tabela 1, construa o gráfico da curva característica do Filtro Ativo Passa-Faixa.

46. Comente as características das observações feito no Filtro Ativo Passa-Faixa para as diferentes formas de ondas aplicadas. Compare os dados obtidos na experimentação com os teóricos e escreva suas conclusões.

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

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Módulo 02 – Filtro Ativo e Passivo Passa-FaixaMódulo 02 – Filtro Ativo e Passivo Passa-Faixa



Módulo 02 – Filtro Ativo Rejeita-Faixa (VCVS)

MÓDULO 02 – FILTRO ATIVO REJEITA-FAIXA (VCVS)

Análise de composição de sinais – Verificação do Funcionamento de Filtros Ativos Rejeita Faixa

Filtro Ativo Rejeita-Faixa (VCVS)

Objetivo


1. Projetar Filtros Ativos Rejeita-Faixa tipo VCVS com Amplificadores Operacionais

2. Compreender os comportamento do Filtro Ativo Rejeita-Faixa de acordo as formas de ondas dos sinais de entrada e saída.

3. Levantar os gráfico da curva característica do Filtro Ativo Rejeita-Faixa.

Material Utilizado

Módulo 01 – Gerador de Funções Módulo 02 – Filtros Ativos e Passivos Módulo 11 – Fonte de Alimentação Simétrica Osciloscópio


Resistores: R5=1,8kΩ, R7=1,8kΩ, R6=120kΩ Capacitores: C4= 680pF, C5 = 680pF, C6 = 1,2nF

Introdução

O Filtro Ativo Rejeita-Faixa de 2ª ordem é feito com estrutura VCVS “Voltage Controled Voltage Source”, ou seja, “Estrutura de fonte de tensão controlada por tensão”. O fator de qualidade está intimamente ligado aos valores dos componentes. O ganho deste tipo de filtro é unitário.

Figura 1



Filtro Ativo Rejeita-Faixa (VCVS) de 2ª ordem

A partir da freqüência de corte, determina-se:

freqüência de ressonância (fo); fator de qualidade do filtro (Q); banda passante (bw)


si0 fcfcf ×=


is

00 fcfc

fQ

−= ⇒ Q0 =

BWf0

Determinação dos capacitores

O valor do capacitor determinado pelo cálculo deve ser aproximado ao valor dos capacitores comerciais. O valor adotado deve atender a seguinte relação.

F10f10C 6

0

−×=

Projetando o Filtro

Projetar um Filtro Ativo Rejeita-Faixa que atende as seguintes condições:

freqüência de corte inferior = 12 kHz; freqüência de corte superior = 15 kHz.

A primeira providência é determinar a freqüência de ressonância do filtro, empregando os dados do projeto, onde:

s/Rad1047,841045,1314,32f2

kHz45,13f10151012ffcfcf3

03

000

033

0si0

×=ω⇒×××=ω⇒π=ω

=⇒×××=⇒⋅=

O fator de qualidade é, BWf0

0 =Q onde BW = fc3 – fc1 => BW = 15 kHz – 12 kHz, ou seja, BW =

3 kHz, então,

48,4Q103

1045,13QBWf

Q 03

3

00

0 =⇒××

=⇒=



O valor do fator de qualidade é Q0 = 5, atende a condição de ser menor que 10; vamos adotar o valor calculado.


Os valores dos capacitores podem ser iguais, ou seja, C4 = C5. O valor do capacitor C6 péduas vezes o valor de C4.

O valor do capacitor é,

pF743C

101045,13

10CF10f10C 6

36

0

=

××

=⇒×= −−

Podemos adotar dois capacitores de 680pF (valor comercial), ou seja C4 = C5 = 680pF

Sendo o valor de C6 = 2 x C4 temos C6 = 1360pF podemos utilizar um capacitor de 1,5nF (valor comercial).

Determinando os resistores R5, R6 e R7


Determinando R5

oCQo215Rω

= ⇒ 123 106801047,8452

75.25−×××××

=R ⇒ Ω×= 3107,15R

Ω= k8,15R (valor comercial)

R5=1,8kΩ

Determinando R6

CoQo26R⋅ω

= ⇒ 123 106801047,84

526−×××

R ×= ⇒ R6 = 174 x 103Ω

Ω= k1806R (valor comercial)

R6=180kΩ



Determinando R7

6R5R6R5R7R

+×

= ⇒ 33

33

10180108,110180108,17

×+××××

=R ⇒ R ⇒ Ω×= 31078,17

Ω= k8,17R (valor comercial)

R7=1,8kΩ



Metodologia

Nesta experiência será feito o levantamento da amplitude do sinal de saída para sinais de diversas freqüências aplicados na entrada do Filtro Ativo Rejeita-Faixa.

Verificaremos também a freqüência de ressonância Filtro Ativo Rejeita-Faixa, suas freqüência de corte inferior e superior e determinaremos a sua banda passante.



Finalmente, com os dados obtidos, faremos o levantamento do gráfico que representa a curva característica de Filtro Ativo Rejeita-Faixa.

Execução

01. Conecte os bornes vermelhos +Vcc (+12V), verde –Vcc (-12V), e preto GND, da Fonte de Alimentação Simétrica, aos bornes de mesma cor dos Módulos 01 – Gerador de Funções e 02 – Filtros Ativos e Passivos.

02. Identifique os resistores de 1,8 kΩ e 120kΩ entre os componentes fixados em placas de montagem, que acompanham o conjunto didático.

03. Identifique os capacitores de 680pF e 1 de 1,2nF entre os componentes fixados em placas de montagem, que acompanham o conjunto didático.

04. Conecte os resistores R5=1,8kΩ, R7=1,8kΩ, R6=120kΩ e os capacitores C4 e C5 = 680pF e C6=1,2nF aos seus respectivos bornes fixadores metálicos de compopnetes (metálico), respeitando o diagrama posicional do Filtro Ativo Rejeita-Faixa (Módulo 02).

05. Conecte um capacitor de 10 nF aos bornes TP7 e TP8 do Módulo 01 – Gerador de Funções

06. Utilizando o canal 1 do osciloscópio ajuste a saída senoidal do Gerador de Funções (Módulo 01) para termos um sinal senoidal com amplitude de 2,5Vpp, variando o potenciômetro indicado por Amplitude Senoide; e com freqüência de 5 kHz, ajustada através do potenciômetro indicado Freqüência.

07. Conecte a saída senoidal, um dos bornes amarelos, do Gerador de Funções (Módulo 01) ao borne azul de entrada (Ent.2) do Filtro Ativo Rejeita-Faixa (Módulo 02).

08. Verifique se o sinal senoidal na saída do Gerador de Funções encontra-se sem deformação, caso ocorra deformação ajuste o potenciômetro Off-set do Gerador de Funções (Módulo 01),

09. Conecte o canal 1 do osciloscópio na saída do Filtro Ativo Rejeita-Faixa, borne amarelo identificado como Saída 2 (Módulo 02).




11. Ajuste a freqüência do sinal de saída do Gerador de Funções (Módulo 01) até que obtenhamos a freqüência de ressonância do filtro. A freqüência de ressonância ocorre quando o sinal na saída do filtro apresenta amplitude mínima.

12. Registre a freqüência de ressonância e a tensão de saída Vs na tabela 1 a seguir.

13. Gire o cursor do potenciômetro indicado Freqüência do Gerador de Funções (Módulo 01) para a esquerda até obter na saída do filtro um sinal com amplitude de aproximadamente 70% da máxima amplitude na faixa total de freqüência; o que corresponde à freqüência de corte inferior da banda de rejeição do filtro, e anote na coluna fci da tabela 1 o valor da freqüência do sinal senoidal na saída do Gerador de Funções (Módulo 01).

14. Gire o cursor do potenciômetro indicado Freqüência do Gerador de Funções (Módulo 01) para a direita até obter na saída do filtro um sinal com amplitude de aproximadamente 70% da máxima amplitude na faixa toda de freqüência; o que corresponde à freqüência de corte superior da banda de rejeição do filtro, e anote na coluna fcs da tabela 1 o valor da freqüência do sinal senoidal na saída do Gerador de Funções (Módulo 01).

Tabela 1

fci fo fcs

Freq. (kHz) 1 2 30 35 40

Vs (Vpp)


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16. Com os dados obtidos na tabela 1, construa o gráfico da curva característica do Filtro Ativo Rejeita-Faixa.

17. Faça uma análise do expediente realizado do Filtro Ativo Rejeita-Faixa.

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18. Mantenha a mesma configuração de montagem do Filtro Ativo Rejeita-Faixa e a mesma faixa de freqüência do Gerador de Funções (Módulo 01).

19. Utilizando o canal 1 do osciloscópio ajuste a saída triangular do Gerador de Funções (Módulo 01) para termos um sinal triangular com amplitude de 2,5Vpp, variando o potenciômetro indicado por Amplitude Triangular; e com freqüência de 5 kHz, ajustada através do potenciômetro indicado Freqüência.

20. Conecte a saída triangular, um dos bornes amarelos, do Gerador de Funções (Módulo 01) ao borne azul de entrada (Ent.2) do Filtro Ativo Rejeita-Faixa (Módulo 02).

21. Verifique se o sinal triangular na saída do Gerador de Funções encontra-se sem deformação, caso ocorra deformação ajuste o potenciômetro Off-set do Gerador de Funções (Módulo 01),







Tabela 2

fci fo fcs

Freq. (kHz) 1 2 30 35 40

Vs (Vpp)

26. Gire o cursor do potenciômetro indicado Freqüência do Gerador de Funções (Módulo 01) para a esquerda até obter na saída do filtro um sinal com amplitude de aproximadamente 70% da máxima amplitude na faixa total de freqüência; o que corresponde à freqüência de corte inferior da banda de rejeição do filtro, e anote na coluna fci da tabela 2 o valor da freqüência do sinal triangular na saída do Gerador de Funções (Módulo 01).

27. Gire o cursor do potenciômetro indicado Freqüência do Gerador de Funções (Módulo 01) para a direita até obter na saída do filtro um sinal com amplitude de aproximadamente 70% da máxima amplitude na faixa toda de freqüência; o que corresponde à freqüência de corte superior da banda de rejeição do filtro, e anote na coluna fcs da tabela 2 o valor da freqüência do sinal triangular na saída do Gerador de Funções (Módulo 01).


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30. Faça uma análise do experimento realizado e descreva as características do Filtro Ativo Rejeita-Faixa comparando os sinais de entrada senoidal e triangular.

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31. Mantenha a mesma configuração de montagem do Filtro Ativo Rejeita-Faixa e a mesma faixa de freqüência do Gerador de Funções (Módulo 01).

32. Utilizando o canal 1 do osciloscópio ajuste a saída do sinal quadrado do Gerador de Funções (Módulo 01) para termos um sinal quadrado com amplitude de 2,5Vpp, variando o potenciômetro indicado por Amplitude Quadrada; e com freqüência de 5 kHz, ajustada através do potenciômetro indicada Freqüência.

33. Conecte a saída quadrada, um dos bornes amarelos, do Gerador de Funções (Módulo 01) ao borne azul de entrada (Ent.2) do Filtro Ativo Rejeita-Faixa (Módulo 02).



34. Verifique se o sinal quadrado na saída do Gerador de Funções encontra-se sem deformação, caso ocorra deformação ajuste o potenciômetro Off-set do Gerador de Funções (Módulo 01),





Tabela 3

fci fo fcs

Freq. (kHz) 1 2 30 35 40

Vs (Vpp)

39. Gire o cursor do potenciômetro indicado Freqüência do Gerador de Funções (Módulo 01) para a esquerda até obter na saída do filtro um sinal com amplitude de aproximadamente 70% da máxima amplitude na faixa total de freqüência; o que corresponde à freqüência de corte inferior da banda de rejeição do filtro, e anote na coluna fci da tabela 3 o valor da freqüência do sinal quadrado na saída do Gerador de Funções (Módulo 01).

40. Gire o cursor do potenciômetro indicado Freqüência do Gerador de Funções (Módulo 01) para a direita até obter na saída do filtro um sinal com amplitude de aproximadamente 70% da máxima amplitude na faixa toda de freqüência; o que corresponde à freqüência de corte superior da banda de rejeição do filtro, e anote na coluna fcs da tabela 3 o valor da freqüência do sinal quadrado na saída do Gerador de Funções (Módulo 01).


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43. Faça uma análise do experimento realizado e descreva as características do Filtro Ativo Rejeita-Faixa comparando os sinais de entrada senoidal e quadrado.

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Módulo 02 – Filtro Ativo Rejeita-Faixa (VCVS)Módulo 02 – Filtro Ativo Rejeita-Faixa (VCVS)




MÓDULO 02 – FILTRO ATIVO REJEITA-FAIXA (VCVS)

Análise de composição de sinais – Verificação do Funcionamento de Filtros Ativos Rejeita Faixa Projetado

Filtro Ativo Rejeita-Faixa (VCVS)

Objetivo


1. Projetar circuitos de Filtros Ativos Rejeita-Faixa tipo VCVS com Amplificadores Operacionais

2. Compreender o comportamento dos Filtros de acordo as formas de ondas dos sinais de entrada e saída.

3. Levantar o gráfico da curva característica dos Filtros Ativos Rejeita-Faixa.

Material Utilizado

Módulo 01 – Gerador de Funções Módulo 02 – Filtros Ativos e Passivos Módulo 11 – Fonte de Alimentação Simétrica Osciloscópio


Resistores: R5=1,8kΩ, R6=120kΩ, R7=1,8kΩ (valor calculado) Capacitores: C4=680pF, C5=680pF, C6=1,2nF (valor calculado ou adotado)

Introdução

O Filtro Ativo Rejeita-Faixa de 2ª ordem é feito com estrutura VCVS “Voltage Controled Voltage Source”, ou seja, “Estrutura de fonte de tensão controlada por tensão”. O fator de qualidade está intimamente ligado aos valores dos componentes. O ganho deste tipo de filtro é unitário.



Figura 1

Filtro Ativo Rejeita-Faixa (VCVS) de 2ª ordem

A partir da freqüência de corte, determina-se:

freqüência de ressonância (fo); fator de qualidade do filtro (Q); banda passante (bw).


si0 fcfcf ×=


is

00 fcfc

fQ

−= ⇒ Q0 =

BWf0

Determinação dos capacitores

O valor do capacitor determinado pelo cálculo deve ser aproximado ao valor dos capacitores encontrados no comércio. O valor adotado deve atender a seguinte relação.

F10f10C 6

0

−×=


Projetando o Filtro

Projetar um Filtro Ativo Rejeita-Faixa que atende as seguintes condições:

freqüência de corte inferior = 8 kHz; freqüência de corte superior = 12 kHz.

A primeira providência é determinar a freqüência de ressonância do filtro, empregando os dados do projeto, onde:



si0 fcfcf ×= ⇒ f0 = _______ kHz

O fator de qualidade é, BWfoQo = onde BW = fcs – fci, ou seja, BW = _____ kHz então,

O valor do fator de qualidade é Q0 = _________, atendendo a condição de ser menor que 10.


Os valores dos capacitores podem ser iguais, ou seja, C4 = C5. O valor do capacitor C6 pode ser duas vezes o valor de C4.

O valor do capacitor é,

F10f10C 6

0

−×= ⇒ C4 = C5 = ______________ F

Podemos adotar dois capacitores de _________F (valor comercial), onde C4 = C5 = _____ F

Sendo o valor de C6 = 2 x C4 temos C6 = _______ F podendo-se utilizar um capacitor de _______ F (valor comercial).

Determinando os resistores R5, R6 e R7


Determinando R5

CQ215R

00ω= ⇒

R5 = _______ Ω (valor comercial)

R5=______ Ω

Determinando R6

CQ2

6R0

0

ω=


R6=______ Ω



Determinando R7

6R5R6R5R7R

+×

=


R7=_______ Ω


Metodologia

Nesta experiência será feito o levantamento da amplitude do sinal de saída para sinais de diversas freqüências aplicados na entrada do Filtro Ativo Rejeita-Faixa.

Verificaremos também a freqüência de ressonância Filtro Ativo Rejeita-Faixa, suas freqüência de corte inferior e superior e determinaremos a sua banda passante.

Finalmente, com os dados obtidos durante a experiência, faremos o levantamento do gráfico que representa a curva característica do Filtro Ativo Rejeita-Faixa.



Execução

01. Conecte os bornes vermelhos +Vcc (+12V), verde –Vcc (-12V), e preto GND, da Fonte de Alimentação Simétrica, aos bornes de mesma cor dos Módulos 01 – Gerador de Funções e 02 – Filtros Ativos e Passivos Rejeita-Faixa.

02. Identifique os resistores calculados R5 =_________, R6 =_________ e R7 =_________ entre os componentes fixados em placas de montagem, que acompanham o conjunto didático.

03. Identifique os capacitores C4 =_________, C5 =_________ e C6 =_________ entre os componentes fixados em placas de montagem, que acompanham o conjunto didático.

04. Conecte os resistores R5, R6, R7 e os capacitores C4, C5 e C6, aos seus respectivos bornes metálicos de fixação, respeitando o diagrama posicional do Filtro Ativo Rejeita-Faixa (Módulo 02).

05. Selecione a faixa de freqüência acionando a chave S1 para a freqüência adequada conforme o adotado no calculo, Módulo 01 – Gerador de Funções

06. Utilizando o canal 1 do osciloscópio ajuste a saída senoidal do Gerador de Funções (Módulo 01) para termos um sinal senoidal com amplitude de 2,5Vpp, variando o potenciômetro indicado por Amplitude Senoide; e com freqüência de 20 kHz, ajustada através do potenciômetro indicado Freqüência.

07. Conecte a saída senoidal, um dos bornes amarelos, do Gerador de Funções (Módulo 01) ao borne azul de entrada (Ent.2) do Filtro Ativo Rejeita-Faixa (Módulo 02).

08. Verifique se o sinal senoidal na saída do Gerador de Funções encontra-se sem deformação, caso ocorra deformação ajuste o potenciômetro indicado Off-set do Gerador de Funções (Módulo 01),







Tabela 1

fci fo fcs

Freq. (kHz) 10 95 100

Vs (Vpp)

13. Gire o cursor do potenciômetro indicado Freqüência do Gerador de Funções (Módulo 01) para a esquerda até obter na saída do filtro um sinal com amplitude de aproximadamente 70% da máxima amplitude na faixa total de freqüência; o que corresponde à freqüência de corte inferior da banda de rejeição do filtro, e anote na coluna fci da tabela 1 o valor da freqüência do sinal senoidal na saída do Gerador de Funções (Módulo 01).

14. Gire o cursor do potenciômetro indicado Freqüência do Gerador de Funções (Módulo 01) para a direita até obter na saída do filtro um sinal com amplitude de aproximadamente 70% da máxima amplitude na faixa toda de freqüência; o que corresponde à freqüência de corte superior da banda de rejeição do filtro, e anote na coluna fcs da tabela 1 o valor da freqüência do sinal senoidal na saída do Gerador de Funções (Módulo 01).


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17. Faça uma análise do experimento realizado e descreva as características do Filtro Ativo Rejeita-Faixa.

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Módulo 02 – Filtro Ativo Rejeita-Faixa (VCVS)Módulo 02 – Filtro Ativo Rejeita-Faixa (VCVS)



Módulo 02 – Série de Fourier

MÓDULO 02 – SÉRIE DE FOURIER

Análise de composição de sinais

Série de Fourier

Objetivo


1. Compreender a decomposição de sinais harmônicos de ondas quadradas em Filtro Ativo Rejeita-Faixa Passivo.

Material Utilizado

Módulo 01 – Gerador de funções Módulo 02 – Filtros Ativos e Passivos Módulo 11 – Fonte de Alimentação Simétrica Osciloscópio de duplo traço


Resistores: R4=4,7kΩ Capacitores: C3=47nF Indutores: L1=560µH

Introdução

Onda senoidal

A forma mais comum de potência elétrica disponível no mundo é produzida por geradores que convertem energia mecânica em elétrica. A maioria desses geradores fornece uma tensão alternada semelhante ao da figura 1 a seguir:

Figura 1



A forma de onda senoidal também pode ser produzida em circuitos osciladores, que constituem a base da maioria dos sistemas de telecomunicações.

A onda senoidal é relacionada a consideráveis fenômenos naturais e tem certas propriedades matemáticas que as tornam muito utilizadas.

Por exemplo, esses fenômenos podem ser estudados usando-se uma ferramenta matemática chamada Análise de Fourier. Essa análise comprova que uma onda não senoidal (quadrada) pode resultar de uma combinação de ondas senoidais (harmônicos) especificamente relacionadas, como mostra a figura 2:

Figura 2

A forma de onda resultante de n harmônicos senoidais e cossenoidais está mostrada na figura 3 a seguir:

Figura 3

Uma onda quadrada pode ser decomposta em n ondas senoidais. Na figura 4 temos os sinais harmônicos originários de uma onda quadrada:



Figura 4


Metodologia

Nesta experiência faremos a decomposição de um sinal de onda quadrada utilizando um Filtro LC.

Dessa forma, poderemos verificar o sinal fundamental e os harmônicos pares e ímpares que compõem uma onda quadrada.

Serão feitas observações das características dos sinais das formas de ondas harmônicas pares e ímpares.



Aplicando um sinal quadrado no filtro


Execução

01. Identifique o resistor de 4,7kΩ, o capacitor de 47nF e o indutor de 560 uH entre os componentes fixados em placas de montagem, que acompanham o conjunto didático.

02. Conecte o resistor R4=4,7kΩ, o capacitor C3= 47nF e o indutor L1= 560 uH aos seus respectivos bornes metálicos de fixação), respeitando o diagrama posicional do Filtro LC-Paralelo (Módulo 02).



03. Determine a freqüência de ressonância do circuito:

CLfo

.21

π= Freqüência de ressonância (calculada): ___________

04. Conecte os bornes vermelhos +Vcc (+12V), verde –Vcc (-12V), e preto GND, da Fonte de Alimentação Simétrica, aos bornes de mesma cor dos Módulos 01 – Gerador de Funções.

05. Selecione a faixa de freqüência adequada para o circuito do Módulo 01 através da chave S1.

06. Utilizando o canal 1 do osciloscópio ajuste a saída senoidal do Gerador de Funções (Módulo 01) para termos um sinal com amplitude de 2,5 Vpp, variando o potenciômetro indicado por Amplitude Quadrada; e com freqüência de 10 kHz, ajustada do potenciômetro indicado Freqüência.

07. Conecte a saída senoidal, um dos bornes amarelos,do Gerador de Funções (Módulo 01) ao borne de entrada VE (azul) do Filtro LC – Paralelo (Módulo 02).

08. Conecte o canal 1 do osciloscópio ao borne de entrada VE (azul) do Filtro LC-Paralelo (Módulo 02) e o canal 2 do osciloscópio ao borne de saída Vs (amarelo) do Filtro LC-Paralelo do mesmo módulo.

09. Ajuste a freqüência do sinal de saída do Gerador até que obtenhamos a freqüência de ressonância do filtro. A freqüência de ressonância ocorre quando o sinal na saída senoidal do filtro apresenta máxima amplitude.

10. Observe e comente a característica do sinal de saída do Filtro LC-Parelelo (Módulo 2), comparando o valor da freqüência de ressonância calculado e medido.

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11. Meça e anote o valor da freqüência do sinal de saída do Filtro.

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12. Desenhe simultaneamente a forma de onda observada na entrada (Quadrada) e na saída do Filtro LC-Paralelo.

13. Ajuste a freqüência do Gerador de Funções (Módulo 01) para o dobro da freqüência de ressonância do Filtro LC-Paralelo, isto corresponde ao Filtro sintonizado na 2ª harmônica da onda quadrada.



14. Desenhe simultaneamente a forma de onda observada na entrada e na saída do Filtro LC-Paralelo.

15. Ajuste a freqüência do Gerador de Funções (Módulo 01) para o triplo da freqüência de ressonância do Filtro LC-Paralelo, isto corresponde ao Filtro sintonizado na 3ª harmônica da onda quadrada.




17. Ajuste a freqüência do Gerador de Funções (Módulo 01) para um quarto da freqüência de ressonância do Filtro LC-Paralelo, isto corresponde ao Filtro sintonizado na 4ª harmônica da onda quadrada.




Podemos observar quatro ondas harmônicas levemente amortecidas num período de um ciclo completo da onda quadrada. Podemos observar também a quebra de harmonia do sinal senoidal a cada semiciclo da onda quadrada.

19. Comente os resultados obtidos na análise da decomposição da onda quadrada, em sinais harmônicos, num Filtro LC-Paralelo.

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Módulo 02 – Série de FourierMódulo 02 – Série de Fourier



Módulo 03 – Receptor Super-Heteródino

MÓDULO 03 – RECEPTOR SUPER-HETERÓDINO

Calibração do Receptor Experimental de Ondas Médias

Calibração do Receptor Super- Heteródino

Objetivo


1. Verificar a operação dos circuitos osciladores e filtros que compõem um rádio receptor AM Super-Heteródino

2. Calibrar e fazer ajustes em rádios receptores AM Super-Heteródino

Material Utilizado

Módulo 03 – Rádio Ondas Médias Módulo 11 – Fonte de Alimentação Simétrica Módulo 17 – Amplificador de Áudio Módulo 04 – Gerador de Rádio Freqüência Osciloscópio de duplo traço

Introdução

O receptor Super-Heteródino é baseado na conversão de freqüência do sinal captado pela antena em uma freqüência mais baixa de valor constante. Este processo permite o melhoramento da seletividade do receptor. Alguns receptores mais sofisticados empregam dupla conversão de freqüência para melhorar ainda mais a seletividade. O circuito receptor Super-Heteródino possui um circuito oscilador que gera um sinal de radio-freqüência, responsável pela conversão do sinal captado pela antena.

Este gerador de sinal de radiofreqüência chama-se Oscilador local. O sinal captado pelo circuito de antena é misturado com o sinal proveniente do oscilador local no circuito conversor. O resultado da mistura dessas duas freqüências diferentes, é uma terceira freqüência denominada Freqüência Intermediária (FI).

O nome Super-Heteródino é dado ao fenômeno da mistura de duas freqüências que dão origem a uma terceira freqüência de valor menor.

Vejamos como se obtêm o sinal de freqüência intermediária num receptor Super-Heteródino. Quando mudamos a sintonia de uma estação para uma outra, o valor da freqüência intermediária produzida no circuito conversor permanece fixa num valor constante. O sinal da freqüência intermediária mantém a mesma modulação do sinal captado pela antena, embora a freqüência seja menor.



A freqüência intermediária é sintonizada na etapa amplificadora de radio-freqüência por um circuito ressonante que possui a banda passante estreita e melhora a seletividade do receptor. O sinal amplificado pela etapa de F.I. é posteriormente entregue ao circuito demodulador ou detector de envoltória.

O receptor super-heteródino pode sintonizar e separar uma estação de outra com muita precisão no meio de uma variedade de estações em toda a extensão da faixa de radiodifusão. O método de obtenção da freqüência intermediária através de um circuito conversor, denomina-se heterodinagem.

O processo de heterodinagem foi adotado nos atuais aparelhos receptores de rádio e televisão. O receptor super-heteródino de AM utilizam nos seus estágios amplificadores de radiofreqüências, bobinas de freqüência sintonizada em 455 kHz.

Os receptores de FM empregam bobinas de F.I. sintonizada em 10,7 MHz.

Freqüência intermediária (F.I.)

Suponhamos que estamos sintonizando uma estação cuja freqüência seja de 1200 kHz. Para obtermos a freqüência intermediária de 455 kHz, o oscilador local do receptor (Q4) deverá estar ajustado para gerar um sinal de radiofreqüência de 1655 kHz.

Este sinal do oscilador local é aplicado ao circuito misturador ou conversor (Q1), que é misturado com o sinal de 1200 kHz, captado pelo circuito de sintonia da antena do receptor. Quando os dois sinais se encontram no circuito misturador, resultam em duas freqüências distintas; a soma e subtração de ambas as freqüências, ou seja, a soma que seria 1655 kHz + 1200 kHz = 2855 kHz e a subtração que seria 1655 kHz -1200 kHz = 455 kHz.

Quando mudamos de estação, a diferença entre a freqüência da nova estação sintonizada e a freqüência do oscilador local deverá produzir a mesma freqüência intermediária, independente de qual seja a freqüência da nova estação sintonizada.

A variação simultânea da freqüência do oscilador e do circuito de sintonia da antena é conseguida, através de dois capacitores variáveis conjugados num único eixo mecânico, no qual um capacitor variável é ligado ao circuito de sintonia, e outro é ligado ao circuito do oscilador local.

Quando mudamos de uma estação para uma outra qualquer, girando o eixo do capacitor variável, a freqüência do oscilador local muda simultaneamente com a freqüência de sintonia. Esta dupla variação de freqüências é possível devido ao fato de ambos os capacitores variáveis estarem conjugados em paralelo mecanicamente em um mesmo eixo.

Este tipo de conexão mecânica do capacitor variável é denominado, ligação “tanden”. Desta maneira, as freqüências naturais dos dois circuitos sintonizados, estarão sempre distanciadas na mesma freqüência intermediária, pré-ajustada durante a calibragem do receptor.

Em geral, o sinal de F.I. após a conversão, possui intensidade demasiadamente fraca para ser aplicado ao circuito detector. Para aumentar o sinal de F.I., empregam-se circuitos amplificadores de freqüência intermediária sintonizada em 455 kHz.



Geralmente o emprego de duas etapas amplificadoras de F.I. é suficiente para obter um nível de sinal desejado para ser demodulado no circuito detector.

O receptor super-heteródino deverá ser capaz de sintonizar apenas uma única estação transmissora e separar todas as outras estações vizinhas. A separação de uma estação para a outra é denominada Banda Passante. A Banda Passante de AM que separa uma estação da outra é de apenas 10 kHz.

Embora a Banda Passante possua uma faixa de 10 kHz, isto não significa que temos toda esta banda para ser utilizada. Do total dessa Banda Passante, aproximadamente 3 kHz é reservado para a faixa de segurança que separa uma estação da outra distribuída em 1,5 kHz para cada lado.

Os 7 kHz restantes são distribuídos nas duas bandas laterais que uma modulação de AM ocupa. Portanto, a largura da banda passante efetiva aproveitada é de apenas 3,5 kHz.

As bobinas de F.I. de 455 kHz são constituídas de um transformador de R.F. com núcleo de ferrite ajustável e são identificados por cores amarela, branca e preta.

O último estágio amplificador de F.I. entrega sinal de elevada amplificação ao circuito demodulador (detector de envoltória).


Metodologia

Nesta experiência faremos a descrição do procedimento de calibração dos osciladores de um receptor super-heteródino, sendo este realizado apenas na Bit9.

Faremos também a descrição dos procedimentos de calibração dos filtros de sintonia da freqüência intermediária do receptor super-heteródino.




Execução

01. Conecte os bornes vermelhos +Vcc (+12V) e preto GND, da Fonte de Alimentação Simétrica, aos bornes de mesma cor do Módulo 04 – Gerador de Rádio Freqüência, Módulo 17 – Amplificador de Áudio e Módulo 03 – Receptor AM/OM.

Obs.: Procedimento de Calibração Realizado na Bit9.

Realizando o Ajuste da freqüência Intermediária – F.I. do Rádio de Ondas Médias

02. Localize um jumper (pino banana) entre os componentes que acompanham o conjunto didático.

03. Ligue o jumper (pino banana) entre os bornes J1 e J2 do Módulo 04 – Gerador de Rádio Freqüência, estabelecendo assim modulação interna.

04. Conecte o canal 1 do osciloscópio ao borne de saída J4 do Módulo 04 – Gerador de Rádio Freqüência e observe o sinal de 455 kHz do filtro cerâmico.



05. Ajuste o atenuador de RF totalmente para o sentido horário (máxima amplitude). Movimente o botão de controle do Capacitor Variável até obter a melhor forma de onda no canal 1 do osciloscópio. Na ressonância o filtro cerâmico do Gerador oscila com máxima amplitude.

06. Ligue a saída de áudio do Módulo 03 – Rádio Ondas Médias, borne J7 ao borne J1 do Módulo 17 – Amplificador de Áudio.

07. Localize um alto-falante entre os componentes que acompanham o conjunto didático.

08. Conecte o alto-falante à saída do Amplificador de Áudio (Módulo 17), aos bornes indicados como alto falante e GND.

09. Ajuste o potenciômetro P1 do Módulo 03 – Rádio Ondas Médias no meio de sua faixa.

10. Ajuste o potenciômetro P1 do Módulo 17 – Amplificador de Áudio, em um volume audível sem distorção.

11. Conecte o borne J2 do Módulo 03 – Rádio Ondas Médias ao GND do circuito; desativando assim o oscilador local.

12. Desconecte o canal 1 do osciloscópio do borne de saída J4 do Módulo 04 – Gerador de Rádio Freqüência e conecte ao borne J5 do Módulo 03 – Rádio Ondas Médias.

13. Conecte a saída J4 do Módulo 04 – Gerador de Rádio Freqüência ao borne J1 do Módulo 03 – Rádio Ondas Médias.

14. Utilizando uma chave de fenda plástica adequada varie a posição dos núcleos das bobinas de FI do Módulo 03 – Rádio Ondas Médias, denominadas FI1, FI2 e FI3.

15. Observando a forma de onda no osciloscópio, que corresponde ao sinal sintonizado no estágio de FI do Rádio de Ondas Médias, tente obter o melhor sinal, ou seja, o mais limpo e com máxima amplitude, variando a posição dos núcleos das bobinas de FI do Módulo 03 – Rádio Ondas Médias.

16. Ao obter o melhor sinal no osciloscópio reduza a amplitude do sinal de saída do Gerador de Rádio Freqüência – Módulo 04, movendo o potenciômetro P3 no sentido anti-horário até que se tenha o menor sinal audível.

17. Desconecte o borne J2 do Módulo 03 – Rádio Ondas médias, do GND fazendo o oscilador local voltar a funcionar.

18. Desconecte a saída J4 do Módulo 04 – Gerador de Rádio Freqüência ao borne J1 do Módulo 03 – Rádio Ondas Médias.

19. Conecte o canal 2 do osciloscópio ao borne J2 do Módulo 03 – Rádio Ondas Médias.

20. Tente sintonizar uma estação de rádio movendo o botão do capacitor variável do Módulo 03 – Rádio Ondas Médias.

21. Mantendo a conexão do osciloscópio tente sintonizar uma outra estação de rádio movendo o botão do capacitor variável do Módulo 03 – Rádio Ondas Médias.



22. Comente os resultados obtidos nos passos 21 e 22, explique o que ocorreu com o sinal obtido variando-se a estação que está sendo sintonizada. Associe o resultado ao fato de termos apenas uma freqüência intermediária para toda a faixa de recepção.

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Obs.: Procedimento de Calibração Realizado na Bit9.

Ajuste do Oscilador Local do Receptor

23. Conecte o borne de saída (J6) do Módulo 04 – Gerador de R.F. ao borne J1 do Módulo 03 – Rádio Ondas Médias.

24. Estabeleça a modulação interna conectando os bornes J1 e J2 do Módulo 04 – Gerador de R.F. utilizando um jumper (pino banana) que acompanha os componentes do conjunto didático.

25. Ajuste o máximo índice de modulação movendo o potenciômetro P2 do Módulo 04 – Gerador de R.F., no sentido anti-horário.

26. Ajuste a freqüência de saída do gerador de R.F. em aproximadamente de 550 kHz. Posicione o capacitor variável de sintonia do Módulo 04 – Gerador de Rádio Freqüência, totalmente no sentido anti-horário.

27. Com auxílio de uma chave de fenda de plástico, ajuste o núcleo da bobina osciladora (núcleo vermelho) de OM do Módulo 03 – Rádio Ondas Médias até obter um sinal audível de máxima amplitude.

28. Posicione o capacitor variável de sintonia, do Módulo 04 – Gerador de Rádio Freqüência, totalmente no sentido horário.. Ajuste a freqüência do gerador de R.F. em aproximadamente de 1600 kHz.

29. Com auxílio de uma chave de fenda de plástico, ajuste o capacitor trimmer do oscilador que se encontra em paralelo com o capacitor variável, mova o trimmer até obter o máximo sinal (este passo já foi previamente realizado evitando-se que seja retirado o borne do capacitor variável).


Módulo 03 – Receptor Super-HeteródinoMódulo 03 – Receptor Super-Heteródino




MÓDULO 03 – RECEPTOR SUPER-HETERÓDINO

Receptor de AM-DSB experimental de Ondas Médias

Receptor Super- Heteródino

Objetivo


1. Conhecer os estágios do receptor Super-Heteródino de AM-DSB

2. Analisar o funcionamento de um rádio receptor.

Material Utilizado

Módulo 03 – Rádio Ondas Médias Módulo 11 – Fonte de Alimentação Simétrica Módulo 17 – Amplificador de Áudio Osciloscópio de duplo traço

Introdução

Receptor Super Heteródino

O receptor Super-Heteródino é um circuito que apresenta excelente seletividade e sensibilidade. Ele possui características de funcionamento bem diferentes do receptor de RF sintonizado ou super-regenerativo. Um rádio receptor super-regenerativo não apresenta boa seletividade, ou seja, quando sintonizamos uma estação muito próxima as outras, estas estações também são ouvidas, simultaneamente.

O receptor Super-Heteródino, além de possuir boa seletividade, possui também uma excelente sensibilidade e fidelidade.

Na figura 1 temos o esquema elétrico de um receptor Super-Heteródino de AM.



Figura 1

O receptor Super-Heteródino é baseado na conversão de freqüência do sinal captado pela antena em uma freqüência mais baixa de valor constante. Este processo permite o melhoramento da seletividade do receptor. Alguns receptores mais sofisticados empregam dupla conversão de freqüência para melhorar ainda mais a seletividade. O circuito receptor Super-Heteródino possui um circuito oscilador que gera um sinal de radiofreqüência, responsável pela conversão do sinal captado pela antena.

Este gerador de sinal de radiofreqüência chama-se Oscilador local (Q4). Conforme podemos ver na figura1, o sinal captado pelo circuito de antena é misturado com o sinal proveniente do oscilador local no circuito conversor (Q1). Na mistura dessas duas freqüências diferentes, ou seja, sinal da antena com a do oscilador, existe uma conversão para uma terceira freqüência denominada Freqüência Intermediária (FI).

O nome Super-Heteródino é dado ao fenômeno da mistura de duas freqüências que dão origem a uma terceira freqüência de valor menor.

Vejamos como se obtêm o sinal de freqüência intermediária num receptor Super-Heteródino. Quando mudamos a sintonia de uma estação para uma outra, o valor da freqüência intermediária produzida no circuito conversor permanece fixa num valor constante. O sinal da freqüência intermediária mantém a mesma modulação do sinal captado pela antena, embora a freqüência seja menor.

A freqüência intermediária é sintonizada na etapa amplificadora de radiofreqüência (Q3, Q4), por um circuito ressonante que possui a banda passante estreita e melhora a seletividade do receptor. O sinal amplificado pela etapa de F.I. é posteriormente entregue ao circuito demodulador ou detector de envoltória.

O receptor super-heteródino pode sintonizar e separar uma estação de outra com muita precisão no meio de uma variedade de estações em toda a extensão da faixa de radiodifusão. O método de



obtenção da freqüência intermediária através de um circuito conversor, denomina-se heterodinagem.

O processo de heterodinagem foi adotado nos atuais aparelhos receptores de rádio e televisão. O receptor super-heteródino de AM utilizam nos seus estágios amplificadores de radiofreqüências, bobinas de freqüência sintonizada em 455 kHz.

Os receptores de FM empregam bobinas de F.I. sintonizada em 10,7 MHz.

Freqüência intermediária (F.I.)

Suponhamos que estamos sintonizando uma estação cuja freqüência seja de 1200 kHz. Para obtermos a freqüência intermediária de 455 kHz, o oscilador local do receptor (Q4) deverá estar ajustado para gerar um sinal de radiofreqüência de 1655 kHz.

Este sinal do oscilador local é aplicado ao circuito misturador ou conversor (Q1), que é misturado com o sinal de 1200 kHz, captado pelo circuito de sintonia da antena do receptor. Quando os dois sinais se encontram no circuito misturador, resultam em duas freqüências distintas; a soma e subtração de ambas as freqüências, ou seja, a soma que seria 1655 kHz + 1200 kHz = 2855 kHz e a subtração que seria 1655 kHz -1200 kHz = 455 kHz.

A freqüência do oscilador local (Q4) deve ser ajustada para uma freqüência maior, correspondente a soma da freqüência intermediária e a freqüência do sinal sintonizado pela antena.

Quando mudamos de uma estação para outra, a diferença produzida com o sinal do oscilador local deverá produzir a mesma freqüência intermediária para qualquer estação que seja sintonizada.

A variação simultânea da freqüência do oscilador e do circuito de sintonia da antena é conseguida, através de dois capacitores variáveis conjugados num único eixo mecânico, em que um capacitor variável é ligado ao circuito de sintonia, e outro é ligado no circuito do oscilador local.

Quando mudamos de uma estação para uma outra qualquer, girando o eixo do capacitor variável, a freqüência do oscilador local muda simultaneamente com a freqüência de sintonia. Esta dupla variação de freqüências é possível devido ao fato de ambos os capacitores variáveis estarem conjugados em paralelo mecanicamente em um mesmo eixo.

Este tipo de conexão mecânica do capacitor variável é denominado, ligação “tanden”. Desta maneira, as freqüências naturais dos dois circuitos sintonizados, estarão sempre distanciadas na mesma freqüência intermediária, pré-ajustada durante a calibragem do receptor.

Em geral, o sinal de F.I. após a conversão, possui intensidade demasiadamente fraca para ser aplicado ao circuito detector. Para aumentar o sinal de F.I., empregam-se circuitos amplificadores de freqüência intermediária sintonizada em 455 kHz.

Geralmente o emprego de duas etapas amplificadoras de F.I. (Q2 e Q3), são suficientes para obter um nível de sinal desejado para ser demodulado no circuito detector.

O receptor super-heteródino deverá ser capaz de sintonizar apenas uma única estação transmissora e separar todas as outras estações vizinhas. A separação de uma estação para a



outra é denominada Banda Passante. A Banda Passante de AM que separa uma estação da outra é de apenas 10 kHz.

Embora a Banda Passante possua uma faixa de 10 kHz, isto não significa que temos toda esta banda para ser utilizada. Do total dessa Banda Passante, aproximadamente 3 kHz é reservado para a faixa de segurança que separa uma estação da outra distribuída em 1,5 kHz para cada lado.

Os 7 kHz restantes são distribuídos nas duas bandas laterais que uma modulação de AM ocupa. Portanto, a largura da banda passante efetiva aproveitada é de apenas 3,5 kHz.

As bobinas de F.I. de 455 kHz são constituídas de um transformador de R.F. com núcleo de ferrite ajustável e são identificados por cores amarela, branca e preta.

O último estágio amplificador de F.I. entrega sinal de elevada amplificação ao circuito demodulador (detector de envoltória). O circuito demodulador é constituído pelo diodo D1, resistores R16, R17 e pelo capacitor de filtro C15.

Controle Automático de Ganho (C.A.G.)

Uma parte do sinal de áudio demodulado é aproveitada para o controle automático de ganho de amplificação do estágio amplificador de F.I. O circuito C.A.G.

Vejamos como um sistema de controle automático de sensibilidade atua num receptor. Suponhamos que um receptor desprovido de um sistema automático de ganho esteja sintonizado numa estação qualquer.

Ao mudarmos de sintonia de uma estação para uma outra, o “volume” do som reproduzido no alto-falante não terá a mesma intensidade.

Se mudarmos de uma estação mais fraca para uma mais forte, o “volume” do som reproduzido no alto-falante aumentaria bruscamente. Nestes casos, teríamos que reduzir manualmente o “volume” do som do receptor ao nível ajustado anteriormente. Um problema semelhante acontecerá quanto mudarmos a sintonia de uma estação de sinal mais forte para uma estação de sinal mais fraca, a intensidade do som diminuiria tal que, seria necessário ajustar novamente o nível do som reproduzido no alto-falante.

Seria muito incomodo ouvir o som reproduzido no alto-falante, aumentando e diminuindo, e ter que ajustar o “volume” toda vez que fossemos mudar de uma estação para uma outra.

O controle automático de volume ou de sensibilidade incorporado no circuito do receptor fará todo este trabalho de ajuste de intensidade automaticamente. O ajuste automático de sensibilidade do receptor é feito através de um circuito inteiramente eletrônico.

A figura 2 está ilustrando um amplificador de F.I. com o sistema de controle automático de ganho.



Figura 2

Este circuito regula a sensibilidade do receptor de tal forma que a intensidade de som fica aparentemente nivelado com a mesma intensidade escolhida no início pelo ouvinte, independentemente de estar sintonizando um sinal de uma estação mais forte ou fraca.





Metodologia

Nesta experiência faremos a identificação das etapas do receptor super-heteródino, assim como a verificação do sinal de AM-DSB proveniente de F.I. e finalmente a demodulação do sinal de AM-DSB.

Execução

01. Conecte os bornes vermelhos +VCC (+12V) e preto GND, da Fonte de Alimentação aos bornes de alimentação do Módulo 03 – Rádio Ondas Médias.

02. Conecte o borne vermelho +VCC (+12V) da Fonte, ao borne de alimentação (vermelho) do Amplificador de áudio (Módulo 17); conecte o borne de saída (amarelo) do sinal de áudio do Módulo 03 – J7, ao borne de entrada (azul) do Amplificador de áudio – J1.

03. Sintonize uma estação (escolha uma estação com sinal mais forte) utilizando o capacitor variável do Rádio Ondas Médias.



04. Com o canal 1 do osciloscópio, observe o sinal do oscilador local do receptor, conectando a ponta de prova no borne J2 do Módulo 03 – Rádio Ondas Médias e meça a freqüência do oscilador.

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05. Determine a freqüência do sinal da emissora de rádio sintonizada verificando a posição do cursor do capacitor variável e sintonizando uma rádio de freqüência conhecida.

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06. Repita os passos 4 e 5 mudando a estação sintonizada, conclua sobre os resultados obtidos quanto à freqüência intermediária.

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07. Conecte o canal 1 do osciloscópio ao borne J6 do Módulo 03 e observe a forma de onda de F.I. modulada proveniente do amplificador de F.I.

08. Mude a ponta de prova para o borne J4 e observe a forma de onda neste ponto.

09. Compare as formas de ondas obtidas nas etapas anteriores.

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Módulo 03 – Receptor Super-HeteródinoMódulo 03 – Receptor Super-Heteródino



Módulo 04 – Gerador de Rádio Freqüência para Ondas Médias

MÓDULO 04 – GERADOR DE RÁDIO FREQÜÊNCIA PARA ONDAS MÉDIAS

Calibração do Gerador de Rádio Freqüência

Gerador de Rádio Freqüência

Objetivo

1. Após completar este ensaio você deverá ser capaz de:

2. Utilizar um gerador de Rádio Freqüência com sinal modulado de 1 kHz.

3. Verificar o funcionamento e a qualidade dos sinais de um Gerador de Rádio Freqüência.

Material Utilizado

Módulo 04 – Gerador de Rádio Freqüência Módulo 11 – Fonte de Alimentação Simétrica Osciloscópio de duplo traço

Introdução

A calibração de receptores é efetuada por um instrumento conhecido como Gerador de sinais ou Gerador de R.F.

O Gerador de R.F. é um transmissor de sinal de reduzida potência, modulado com um sinal de áudio de 1 kHz, sendo acoplado a um cabo ou ponta de prova do instrumento.

O gerador de R.F. pode se apresentar de diversas formas, conforme o fabricante e pode variar em função da sua sofisticação.

Um gerador de R.F. deve apresentar no mínimo os seguintes controles;

Chave de função – Este controle permite ligar o aparelho e possibilita a obtenção do sinal com ou sem a modulação, interna ou externa e entrada e saída de áudio.

Nível de modulação – Permite o ajuste do índice de modulação de 0 a 100%.

Seletor de faixas – Permite a escolha da faixa na qual se localiza a freqüência desejada.

Sintonia – Permite sintonizar a freqüência desejada.

Controle de saída – Permite ajustar a amplitude do sinal de R.F. de saída.



Gerador de Rádio Freqüência (Módulo 04) – Freqüência de 400 kHz a 2000 kHz

O circuito é um gerador de radiofreqüência com forma de onda senoidal, rico em freqüências harmônicas, modulado por um circuito gerador de tom de áudio na freqüência de 1kHz.

O módulo de R.F. permite a calibragem das bobinas de Freqüência Intermediárias (455 kHz) e a calibragem da faixa de Ondas Médias de um receptor super-heteródino.

Funcionamento

O circuito gerador de R.F. (Módulo 04) é formado por quatro blocos principais, conforme está mostrado na figura.

O gerador de R.F. é um circuito oscilador do tipo Hartley formado pelo transistor Q1.

A bobina L1 e o capacitor variável CV forma o circuito ressonante do oscilador.

O sinal de R.F. (portadora) é entregue ao circuito modulador formado pelo transistor Q3, e modulado pelo sinal de áudio de 1kHz do circuito oscilador RC por deslocamento de fase.

O sinal proveniente do oscilador RC é aplicado ao amplificador de potencia fornecendo sinal para o circuito modulador do gerador.

O potenciômetro P4 permite o ajuste do índice de modulação do sinal de R.F. na saída do gerador.

O sinal modulado é aplicado a um potenciômetro (P5) que tem a função de atenuador do sinal de saída do gerador.

O sinal sintonizado no borne J3 serve para aferir e fazer o ajuste fino do sinal de F.I. de AM de 455 kHz na saída do gerador de R.F.

Na figura a seguir é apresentado o esquema completo do módulo gerador de R.F.




Metodologia

Nesta experiência confeccionaremos os painéis indicadores do botão de Sintonia do Gerador de Rádio Freqüência.

Serão feitas, observações das características dos sinais das formas de ondas moduladas e não moduladas, com auxílio de um osciloscópio.

Verificaremos o efeito do índice de modulação no sinal de saída do Gerador de Rádio Freqüência.




Execução

01. Conecte os bornes vermelhos +VCC (+12V) e preto GND, da Fonte de Alimentação Simétrica, aos bornes de mesma cor do Módulo 04 – Gerador de Rádio Freqüência.

02. Para a confecção do Painel do Gerador de Rádio Freqüência desenhe o painel conforme a figura a seguir.

03. Fixe a folha do gerador no painel do módulo de R.F. com auxílio de fita adesiva.

04. Para a calibração da faixa de R.F. Conecte o canal 1 do osciloscópio ao borne de saída (amarelo) do Gerador de Rádio Freqüência indicada como SAÍDA DE RF – J5.

05. Ajuste P5, controle de atenuação de RF até que obtenhamos, na saída do Gerador, o sinal de máxima amplitude.

06. Posicione o botão do capacitor variável totalmente fechado (sentido anti-horário)

07. Anote na folha de painel na faixa A, com auxílio de um lápis, o valor da freqüência na posição indicada pelo botão.

08. Desconecte o osciloscópio do borne de SAÍDA DE RF – J5 e conecte-o ao borne de saída do filtro cerâmico de 455 kHz, indicado como J4.

09. Varie levemente o capacitor variável até obter um sinal de máxima amplitude em J4, e anote o painel de sintonia (folha de papel) o valor da freqüência registrada no painel conforme está mostrado a seguir.

10. Desconecte o osciloscópio do borne de saída do filtro cerâmico de 455 kHz, indicado como J4, e conecte-o ao borne de SAÍDA DE RF – J5.



11. Gire o knob do capacitor variável totalmente no sentido horário e meça a freqüência do sinal de saída com auxílio do osciloscópio e anote este valor no painel.

12. Posicione o botão de ajuste do capacitor variável para que registre 500 kHz no sinal de saída de R.F. e marque no painel a posição onde esta freqüência foi medida.

13. Repita o procedimento até completar o painel dividindo-o de 100 kHz em 100 kHz.

14. Repita todo procedimento desde o início conferindo todas as anotações das freqüências feitas no painel para obter a maior precisão.

15. Para medirmos a freqüência do sinal de áudio, conecte o canal 1 do osciloscópio na saída de áudio, borne amarelo indicado como J1.

16. Para ajustarmos o sinal de RF modulado, localize um jumper borne (pino banana) entre os componentes que acompanham o conjunto didático.

17. Coloque o jumper (pino banana) entre os bornes J1 e J2 do Módulo 04 – Gerador de Rádio Freqüência.

18. Conecte o canal 1 do osciloscópio ao borne indicado como Saída de RF – J5.

19. Gire o potenciômetro de P4, indicado como MODULAÇÃO, totalmente no sentido anti-horário.

21. Desenhe a seguir o sinal obtido na tela do osciloscópio.

22. Retire o jumper (pino banana) colocado entre J1 e J2.




24. Comente os resultados obtidos, com e sem o Jumper entre J1 e J2.

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25. Coloque, o jumper entre os bornes J1 e J2 do Módulo 04 – Gerador de Funções.

26. Gire o potenciômetro P4, indicado como MODULAÇÃO, até 1/2 do seu curso.




28. Gire o potenciômetro P2, indicado como MODULAÇÃO, até 3/4 do seu curso.




30. Comente os resultados obtidos, de acordo com a posição do potenciômetro. Explique a diferença entre os sinais obtidos sabendo que o potenciômetro ajusta o índice de modulação do Gerador de Rádio Freqüência (Módulo 4).

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Módulo 04 – Gerador de Rádio Freqüência para Ondas MédiasMódulo 04 – Gerador de Rádio Freqüência para Ondas Médias



Módulo 05 – Modulador de AM-DSB

MÓDULO 05 – MODULADOR DE AM-DSB

Sistema de Modulação de AM-DSB

Modulador de AM-DSB

Objetivo


1. Conhecer o Modulador em Amplitude de Dupla Banda Lateral.

2. Montar um modulador de baixo nível.

3. Analisar o comportamento dos moduladores de AM-DSB de acordo com suas características

Material Utilizado

Módulo 01 – Gerador de funções Módulo 07 – Modulação PAM Módulo 05 – Modulação AM-DSB (Módulo 04 – Gerador de RF) Módulo 11 – Fonte de Alimentação Simétrica Osciloscópio de duplo traço


Capacitores: C5=47nF Indutores: L1=560µH

Introdução

Os moduladores de AM-DSB são classificados em dois tipos:

Modulador de baixo nível Modulador de alto nível

A modulação em amplitude pode ser feita na etapa intermediária ou na parte final do transmissor. Quando a modulação é feita na etapa intermediária é denominada de baixo nível. Este tipo de modulação requer circuito modulador de baixa potência. O rendimento deste tipo de modulação é baixa por necessitar de etapas amplificadoras de RF de potência classe A.

Na figura 1 temos um diagrama em blocos de um transmissor básico com modulador de baixo nível.



Figura 1

A modulação de alto nível é um método empregado em transmissores que fornecem potências elevadas. Este método possibilita obter um alto rendimento de potência de RF modulada na antena.

A modulação é feita na etapa final de potência do transmissor. Na figura 2 está mostrado um diagrama em blocos de um modulador básico de alto nível.

Figura 2





Metodologia

Nesta experiência, faremos a modulação em amplitude de um sinal de áudio, empregando um amplificador de classe A, sendo que no coletor do transistor amplificador estará conectado um circuito ressonante LC.

O modulador empregado nesta experiência é de baixo nível.

Faremos a verificação do índice de modulação de duas formas: com auxílio de um osciloscópio e pelo método de figuras de Lissajours.

Execução

01. Conecte os bornes vermelhos +Vcc (+12V) e preto GND, da Fonte de Alimentação Simétrica aos bornes de mesma cor ao Modulador AMDSB do Módulo 05 – Modulação e Demodulação AM-DSB.

02. Conecte os bornes vermelhos +Vcc (+12V) e preto GND, da Fonte de Alimentação Simétrica aos bornes de mesma cor do Módulo 04 - Gerador de RF.



03. Conecte os bornes vermelhos +Vcc (+12V), verde –Vcc (-12V) e preto GND, da Fonte de Alimentação Simétrica aos bornes de mesma cor do Módulo 01-Gerador de Funções.

04. Identifique dentre os componentes que acompanham o conjunto didático um capacitor de 47nF e um indutor de 560µH.

05. Conecte o capacitor C5 = 47nF e o indutor L1 = 560µH aos bornes metálico de fixação de componentes do Módulo 05 – Modulação e Demodulação AM-DSB, conforme mostrado na figura 1 a seguir:

Figura 1

06. Calcule a freqüência de ressonância do circuito LC para L1= 560µH e C5 = 47nF

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07. selecione a faixa de freqüência posicionando a chave S1 do Módulo 01 – Gerador de Funções

08. Utilizando o canal 1 (CH1) do osciloscópio ajuste a saída senoidal do Gerador de Funções (Módulo 01) para termos um sinal com amplitude de 500 mVpp, variando o potenciômetro indicado por Amplitude Senoide; e com freqüência aproximada à calculada como freqüência de ressonância, ajustada através do potenciômetro indicada Freqüência.

09. Conecte o sinal de saída do Gerador de Funções (Módulo 01), ao borne J1 (azul) do Módulo 05 – Modulação e Demodulação AM-DSB.

10. Ajuste a freqüência do Gerador de Funções (Módulo 01), vagarosamente, até observar que a ressonância do circuito foi atingida, isto ocorre quando o sinal na saída do circuito modulador apresenta máxima amplitude.

11. Ajuste o potenciômetro P1 até obter um sinal de 2,5Vpp na saída do Modulador AM-DSB, borne J4 (amarelo).

12. Com auxílio do osciloscópio, meça a freqüência do sinal de saída do Modulador AM-DSB, borne J4 (amarelo).

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13. Conecte o canal 1 (CH1) do osciloscópio à saída de áudio de 1kHz do módulo 4 Gerador de RF, borne J6. Conecte um jumper nos bornes J1 e J2.

14. Ajuste o potenciômetro indicado Modulação do sinal de saída de áudio de 1kHz do módulo Gerador de RF até obter um sinal de 3,0Vpp aproximadamente na saída do borne J6.

15. Conecte a saída, borne J6 do Módulo 04 – Gerador de RF ao borne J2 (azul) de entrada do Módulo 05 – Modulação e Demodulação AM-DSB.

16. Com o potenciômetro P2 do Módulo 05 – Modulação e Demodulação AM-DSB na posição totalmente no sentido anti-horário e observe o sinal no borne J4 na saída do Modulador AM-DSB (Módulo 05).

17. Determine o índice de modulação para esta condição e desenhe a forma de onda observada.



18. Ajuste P2 (entrada de áudio) do Módulo 05 – Modulação e Demodulação AM-DSB até obtermos um índice de modulação de 50%. Desenhe a forma de onda observada.

19. Ajuste P2 (entrada de áudio) do Módulo 05 – Modulação e Demodulação AM-DSB até obtermos o índice de modulação de 100%. Desenhe a forma de onda observada.



20. Conecte o canal 1 (CH1) do osciloscópio no Módulo 05 – Modulação e Demodulação AM-DSB conforme está mostrado na figura a seguir: CH1 ao borne J2 – entrada de modulação e CH2 ao borne J4 – saída modulada. Posicione a base de tempo para XY.

21. Observe na tela do osciloscópio a forma de onda obtida. O que teremos é uma figura trapezoidal, denominada figura de Lissajours que indicará o índice de modulação.

22. Ajuste a sensibilidade das entradas Volt/Divisão de CH1 e CH2 de tal maneira a obter a forma da figura de lissajous mostrado acima.

23. Complete o quadro a seguir desenhando a figura observada na tela do osciloscópio conforme o índice de modulação indicado.



24. Ajuste o índice de modulação utilizando o potenciômetro P2 do Módulo 05 – Modulação e Demodulação AM-DSB.

Observação: Na prática, a forma de onda da figura de Lissajours aparece distorcida, conforme se observa na tela do osciloscópio, devido ao atraso do sinal que ocorre entre a entrada e saída introduzidas pelos capacitores de acoplamento.

25. Comente os resultados obtidos, referente aos índices de modulação.

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26. Explique o que é Modulação AM-DSB.

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Módulo 05 – Modulador de AM-DSB Módulo 05 – Modulador de AM-DSB



Módulo 05 – Demodulador de envoltória à diodo

MÓDULO 05 – DEMODULADOR DE ENVOLTÓRIA À DIODO

Demodulador de AM-DSB

Demodulador de envoltória a diodo

Objetivo


1. Conhecer o demodulador de envoltória a diodo

2. Montar um demodulador de envoltória

3. Analisar o comportamento dos demoduladores de envoltória a diodo.

Material Utilizado

Módulo 04 – Gerador de Rádio Freqüência Módulo 05 – Modulação AM-DSB Módulo 11 – Fonte de Alimentação Simétrica Osciloscópio duplo traço

Introdução

O sinal de freqüência intermediária que chega ao último estágio amplificador de freqüência intermediária num receptor superheterodino, leva a informação de áudio da emissora sintonizada. Para recuperar a informação de áudio, os receptores superheterodinos utilizam um detetor de envoltória que consiste funcionalmente num diodo operando num circuito retificador de meia – onda, com uma carga RC conveniente.

Entre as duas extremidades do secundário da última bobina de F.I., conecta-se um diodo D1 e em seguida um Filtro Passa – Baixa formado pelos componentes C1, R2, C2 e o resistor de Carga P1.



O funcionamento do circuito detector de envoltória é semelhante ao funcionamento do circuito retificador de meia onda. Quando um semiciclo negativo do sinal de freqüência intermediária chega ao catodo do diodo D1, o mesmo conduz e o circuito RC convenientemente dimensionado se encarrega de eliminar o sinal de rádio freqüência, recuperando assim a informação de áudio da emissora sintonizada. O controle automático de ganho (CAG) utiliza para seu funcionamento uma amostra do sinal de áudio recuperado.



Metodologia

Nesta experiência faremos a demodulação de um sinal radiofreqüência modulada em amplitude, utilizando um detector de envoltória. Serão observadas características como deformação do sinal demodulado em função da polarização do diodo detector e fidelidade do sinal demodulado.

Execução

01. Conecte os bornes vermelhos +Vcc (+12V) e preto GND, da Fonte de Alimentação Simétrica aos bornes de mesma cor do Demodulador AM-DSB (J8 e GND) do Módulo 05 – Modulação e Demodulação AM-DSB.



02. Conecte os bornes vermelhos +Vcc (+12V), e preto GND, da Fonte de Alimentação Simétrica aos bornes de mesma cor do Módulo 04 – Gerador de Rádio Freqüência.

03. Conecte o canal 1 do osciloscópio ao borne J5 do Módulo 4 – Gerador de Rádio Freqüência.

04. Ajuste a freqüência do Gerador de Rádio Freqüência para aproximadamente em 500 kHz movimentando o botão de ajustando o capacitor variável, observando a forma de onda no osciloscópio.

05. Conecte o borne J5 (amarelo) do Módulo 04 – Gerador de Rádio Freqüência ao borne J5 (azul) do Módulo 05 – Modulação e Demodulação AM-DSB.

06. Conecte a etapa de áudio previamente ajustado em 1kHz, interligando através de um jumper os bornes J1 e J2 do Módulo 04 – Gerador de Rádio Freqüência e ajuste o potenciômetro indicado Modulação de forma a obter um índice de modulação de 25%.

07. Com o potenciômetro P5 (Atenuador de RF), ajuste a tensão de saída de RF para 3Vpp.



08. Desenhe a forma de onda aplicada na entrada do demodulador e a forma de onda obtida na saída do demodulador, borne J9 do Demodulador AM-DSB.



09. Mantenha a tensão de saída do Módulo 04 – Gerador de Rádio Freqüência em 3 Vpp e ajuste o potenciômetro indicado Modulação de forma a obter um índice de modulação de 50%.




11. Desconecte o borne +Vcc (+12V) da Fonte de Alimentação Simétrica ao borne J8 do Demodulador AM-DSB.




16. Compare os resultados obtidos nas etapas onde o demodulador estava conectado a Fonte de Alimentação Simétrica e onde o mesmo encontrava-se desconectado da Fonte de Alimentação Simétrica.

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Módulo 05 – Demodulador de envoltória à diodo Módulo 05 – Demodulador de envoltória à diodo



Módulo 05 – Modulador AM-DSB S/C

MÓDULO 05 – MODULADOR AM-DSB S/C

Demodulador de AM-DSB

Modulador Balanceado a diodo

Objetivo


1 – Conhecer o circuito modulador de AM-DSB S/C

2 – Montar um modulador balanceado a diodo

3 – Analisar o comportamento de um modulador balanceado de AM-DSB S/C

Material Utilizado

Módulo 01 – Gerador de Funções Módulo 05 – Modulação AM-DSB Módulo 11 – Fonte de Alimentação Simétrica Módulo 14 – Oscilador Duplo T Osciloscópio duplo traço

Componentes

Capacitor de 220 pF Jumper

Introdução

No campo de telecomunicação em fonia, o método de modulação de portadora suprimida conhecido como SSB (Single Side Band) se consegue comunicações eficientes em transmissores de baixas potências.

A modulação de AM-DSB, ou seja, de amplitude modulada, a informação é transportada em apenas uma das bandas laterais.

Desta forma pode-se eliminar a portadora e transmitir somente as bandas laterais (AM-DSB S/C).

Pode-se ainda transmitir informações em apenas uma das bandas laterais conferindo desta forma um melhor aproveitamento da potência do transmissor. Na figura 1 temos um modulador balanceado a diodo, como podemos observar no Módulo 05 – Modulação AM-DSB S/C.



Figura 1

No circuito modulador balanceado não há sinal de portadora na saída se não há sinal de áudio aplicado na entrada do circuito.

A presença do sinal de áudio nos diodos (D1 e D2) desequilibra o circuito e um dos diodos conduz mais que o outro e surge o sinal na saída.





Metodologia

Nesta experiência será observados o sinal de saída do modulador com o circuito balanceado e desbalanceado com auxílio de osciloscópio.

Observaremos também a forma de onda amostrada, na saída do modulador, durante a condução dos diodos.

Será ainda observado o sinal modulado de AM-DSB S/C após a conexão e sintonia do circuito L.C. ressonante.

Execução

01. Conecte os bornes vermelhos +Vcc (+12V) e preto GND, da Fonte de Alimentação Simétrica aos bornes de mesma cor (J3 e GND) do Módulo 4 – Gerador de RF; o circuito Modulador AM-DSB S/C não necessita de alimentação DC nesta configuração.

02. Conecte os bornes vermelhos +Vcc (+12V), verde –Vcc (-12V) e preto GND, da Fonte de Alimentação Simétrica aos bornes de mesma cor do Módulo 01 – Gerador de Funções.

03. Conecte o canal 1 do osciloscópio à saída do oscilador Duplo T, borne indicado como VS3 no Módulo 14 – Osciladores.

04. Ajuste o potenciômetro indicador Modulação do Módulo 4 – Gerador de RF conectando um jumper nos bornes indicado J1 e J2 e observe na tela do osciloscópio uma forma de onda senoidal de s1kHz.

05. Conecte a saída do sinal de 1kHz, o borne J6 Módulo 4 – Gerador de RF ao borne de entrada do Modulador AM-DSB S/C, indicado como J6 do Módulo 05 – Modulação e Demodulação AM-DSB; conforme indicado na figura a seguir.

O sinal do proveniente do Gerador de RF, borne J6 é o sinal de áudio de 1kHz.

06. Mantenha o circuito L.C. desconectado do circuito modulador, ou seja, não conecte os bornes 2 e 3 do Modulador AM-DSB S/C.

07. Ajuste o Gerador de Funções – Módulo 1, a chave S1 para a posição Alta freqüência, ajuste o Off-set para que o sinal senoidal não tenha distorção.



08. Conecte o canal 1 do osciloscópio ao borne amarelo, sinal Senoidal do Módulo 01 – Gerador de Funções.

09. Ajuste o sinal de saída senoidal do Gerador de Funções – Módulo 01 – em uma freqüência de 25 kHz utilizando o potenciômetro indicado Freqüência.

10. Ajuste a amplitude do sinal de saída senoidal do Gerador de Funções – Módulo 01 – em 5 Vpp.

11. Mantendo as condições do sinal de saída senoidal do Gerador de Funções, conecte o borne de saída do sinal Senoidal do Módulo 01 – Gerador de Funções ao borne J7 do Modulador AM-DSB S/C – Módulo 05.

12. Conecte um canal do osciloscópio na saída do Modulador AM-DSB S/C – Módulo 05; borne indicado como 2.

13. Ajuste o potenciômetro P3 do Módulo 05 até obter a seguinte forma de onda na tela do osciloscópio, conforme mostrado na figura.

Observação: Este sinal corresponde ao balanceamento da ponte de diodos

14. Caso não consiga ajustar a forma de onda através do ajuste do potenciômetro indicada Amplitude Senoide do Módulo 1 – Gerador de funções e altere a amplitude do sinal da portadora e do sinal de áudio de 1Khz do Módulo 4, ou seja de ambos os geradores, simultaneamente, até conseguir aproximadamente a forma de onda.

15. Ajuste o potenciômetro indicado P3 do modulador de AMDSB S/C do módulo 5 de tal maneira que os semiciclos positivos e o negativo se apresentem de forma simétrica conforme o sinal mostrado na figura anterior.

Obs: a linha central de simetria apresenta curvatura devido a não linearidade de condução dos diodos do modulador de ponte balanceada.



16. Desenhe a forma de onda observada na tela do osciloscópio, que corresponde ao sinal de saída do circuito Modulador AM-DSB S/C (borne 2), no quadro a seguir.

17. Conecte o circuito L.C. no Modulador AM-DSB S/C conectando um “jumper” entre os pontos 2 e 3.

18. Desconecte o osciloscópio do borne 2 e conecte o canal 1 do osciloscópio ao borne J10 do Módulo 05 – Modulação AM-DSB.

19. Utilizando o potenciômetro P1 do Gerador de Funções altere, vagarosamente, a freqüência do sinal aplicado ao borne 07 do Modulador até colocar o circuito L.C. em ressonância. (A ressonância ocorre quando a amplitude do sinal de saída é máxima)

20. Observe a forma de onda na tela do osciloscópio.



Observação: A metade da onda faltante foi completada graças ao efeito “volante” do circuito ressonante L.C.

21. Faça o ajuste fino do potenciômetro P3 até obter uma onda simétrica na saída do Modulador AM-DSB S/C.

22. Desenhe no quadro a seguir a forma de onda observada na saída do modulador com o filtro LC acoplado, sinal no borne J10.

23. Desconecte o sinal de áudio da entrada (J6) do Modulador AM-DSB S/C.

24. Observe o sinal de saída do modulador, faça um comentário comparando o sinal obtido com e sem o sinal de áudio na entrada do modulador.

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25. Gire o potenciômetro P3 para a direita ou para a esquerda tirando a ponte de diodos do equilíbrio. Observe o sinal obtido de saída do modulador.



26. Comente a observação feita quando desequilibramos a ponte de diodos.

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Comentário

Numa modulação de AM-DSB S/C feita pela ponte balanceada a diodo, não se consegue a eliminação total do sinal da portadora. Este sinal residual de RF pode ser reduzido empregando-se filtros sintonizados na freqüência das bandas laterais conectados na saída do modulador.

Quando desbalanceados a ponte, um dos diodos conduzirá e passará a metade do sinal da portadora à saída, produzindo o efeito da modulação de AM-DSB.


Módulo 05 – Modulador AM-DSB S/C Módulo 05 – Modulador AM-DSB S/C



Módulo 06 – Equalizador de Áudio

MÓDULO 06 – EQUALIZADOR DE ÁUDIO

Filtros Ativos Passa-Faixa (MFB)

Equalizador de áudio

Objetivos


1 – Montar um equalizador de áudio

2 – Projetar Filtros Ativos Passa-Faixa (MFB)

2 – Analisar o comportamento dos filtros.

Material Utilizado

Módulo 06 – Equalizador de Áudio Módulo 01– Gerador de Funções Módulo 11 – Fonte de Alimentação Simétrica Osciloscópio

Componentes

3 – Resistores de 15kΩ 2 – Resistores de 33kΩ 2 – Resistores de 22kΩ 2 – Resistor de 47kΩ 1 – Resistor de 6,8kΩ 1 – Resistor de 4,7kΩ 1 – Resistor de 5,6kΩ 2 – Capacitores de 6,8nF 2 – Capacitores de 3,3nF 2 – Capacitores de 1,5nF 1 – Capacitor de 1nF

Introdução

Os filtros são circuitos eletrônicos que apresentam em sua saída um ganho de tensão dependente da freqüência do sinal de entrada.

Os Filtros Ativos Passa-Faixa possuem três freqüências importantes para seu funcionamento: a freqüência de ressonância ou central, e as freqüências de corte inferior e superior.



Na freqüência de ressonância o filtro tem ganho máximo enquanto nas freqüências de corte inferior e superior o ganho corresponde a 0,707 do ganho máximo.

O ser humano escuta sons que estão compreendidos na faixa entre 20 a 20 kHz (dados aproximados) e estão subdivididos de uma maneira geral, em graves (20 a 500Hz), médios (500 a 7,5 kHz) e agudos (7,5 kHz a 20 kHz).

O equalizador é um aparelho que tende a igualar ou ajustar determinadas faixas de freqüências, a fim de conseguirmos um som que nos seja o mais agradável possível.

Projeto do Filtro

Os valores determinados dependem diretamente do fator de qualidade do filtro, ou seja, do fator de qualidade adotado no projeto.

Para um funcionamento adequado do filtro, uma das condições importante é que o fator de qualidade a ser adotado não deve superior a 10.

Antes de determinar os valores dos componentes do circuito da figura 1, precisamos estabelecer a faixa de freqüência na qual iremos operar, ou seja, definir de início a freqüência de corte inferior (fci) e freqüência de corte superior do filtro.

Figura 1

A partir da freqüências de corte, determina-se;

freqüência de ressonância (fo) fator de qualidade do filtro (Q) ganho do filtro (K) banda passante (BW)


si0 fcfcf ×=

O fator de qualidade pode ser determinado pela seguinte expressão;

is

00 fcfc

fQ

−= ⇒ Q0 =

BWf0



O ganho do filtro (K) deve atender a seguinte condição:

20Q2k ×<


O valor do capacitor determinado pelo cálculo deve ser aproximado aos valores dos capacitores comerciais encontrados no comércio. O valor adotado deve atender a seguinte relação.

F10f10C 6

0

−×=

Os valores dos resistores R1, R2 e R3 podem ser determinados pelas seguintes equações

CKQ

1R0

0

ω=

)KQ2(CQ

2R200

0

−ω=

CQ2

30

0

ω=R

Sugerimos o dimensionamento dos filtros cujas curvas de resposta e parâmetros são apresentados na figura 2

Figura 2

Os valores dos componentes devem ser calculados conforme os parâmetros exigidos nos filtros tais como largura da banda passante, ganho do filtro e fator de qualidade.

Os valores adotados nesta experimentação são calculados conforme a característica da banda passante mostrado na figura 2.



Filtro 1

K = 1 fci = 1 kHz fcs = 2 kHz Adotar Q0 calculando:

Figura 3

Componentes

R1 = 22kΩ R2 = 6,8kΩ R3 = 47kΩ C1 = C2 = 6,8nF

Filtro 2


Figura 4

Componentes

R2 = 15kΩ R4 = 15kΩ R6 = 33kΩ C3 = C4 = 3,3nF



Filtro 3


Figura 5

Componentes

R7 = 22kΩ R9 = 4,7kΩ R11 = 47kΩ C5 = C6 = 1,5nF

Filtro 4


Figura 6

Componentes

R8 = 15kΩ R10 = 5,6kΩ R12 = 33kΩ C7 = C8 = 1nF





Metodologia

Nesta experiência faremos o levantamento da curva característica dos filtros aplicando sinais de freqüências diferentes.

Serão observadas as respostas em freqüência e as bandas passantes dos Filtros Ativos Passa-Faixa.

Execução

01. Conecte os bornes vermelhos +Vcc (+12V), verde –Vcc (-12V), e preto GND, da Fonte de Alimentação Simétrica, aos bornes de mesma cor dos Módulos 01 – Gerador de Funções e 06 – Equalizador.

02. Identifique os resistores de 22kΩ, 47kΩ e 6,8kΩ entre os componentes fixados em placas de montagem, que acompanham o conjunto didático.



03. Identifique os capacitores de 6,8nF entre os componentes fixados em placas de montagem, que acompanham o conjunto didático.

04. Conecte os resistores R1=22kΩ, R3=47kΩ, R5=6,8kΩ e os capacitores C1=6,8nF e C2=6,8nF, aos seus respectivos bornes (Marfim), respeitando o diagrama posicional do primeiro circuito Filtro Ativo Passa-Faixa (Módulo 06).

05. Identifique os resistores de 15kΩ e um de 33kΩ entre os componentes fixados em placas de montagem, que acompanham o conjunto didático.


07. Conecte os resistores R2=15kΩ, R4=15kΩ, R6=33kΩ e os capacitores C3=3,3nF e C4=3,3nF, aos seus respectivos bornes (Marfim), respeitando o diagrama posicional do segundo circuito Filtro Ativo Passa-Faixa (Módulo 06).

08. Identifique os resistores de 22kΩ; de 4,7kΩ e de 47kΩ entre os componentes fixados em placas de montagem, que acompanham o conjunto didático.


10. Conecte os resistores R7=22kΩ, R9=4,7kΩ, R11=47kΩ e os capacitores C5=1,5nF e C6=1,5nF, aos seus respectivos bornes (Marfim), respeitando o diagrama posicional do terceiro circuito Filtro Ativo Passa-Faixa (Módulo 06).

11. Identifique os resistores de 15kΩ, 5,6kΩ e 33kΩ entre os componentes fixados em placas de montagem que acompanham o conjunto didático.

12. Identifique os capacitores de 1nF entre os componentes fixados em placas de montagem, que acompanham o conjunto didático.

13. Conecte os resistores R8=15kΩ, R10=5,6kΩ, R12=33kΩ e os capacitores C7=1nF e C8=1nF, aos seus respectivos bornes (Marfim), respeitando o diagrama posicional do quarto circuito Filtro Ativo Passa-Faixa (Módulo 06).

14. Posicione a chave seletora S1 de freqüência do Módulo 01 – Gerador de funções para o indicado Baixa freqüência.

15. Utilizando o canal 1 do osciloscópio ajuste a saída senoidal do Gerador de Funções (Módulo 01) para termos um sinal com amplitude de 2,5Vpp, variando o potenciômetro indicado por Amplitude Senoide; e com freqüência de 1kHz, ajustada através do potenciômetro indicado Freqüência.




fci (freqüência de corte inferior):_______________________________________________


Bw (banda passante):_______________________________________________________



K (ganho):________________________________________________________________

17. Conecte a saída senoidal, um dos bornes amarelos do Gerador de Funções (Módulo 01) ao borne azul de entrada (Ent.1) do Filtro Ativo Passa-Faixa (Módulo 06).

18. Verifique se o sinal senoidal na saída do Gerador de Funções encontra-se sem deformação, caso ocorra deformação ajuste o potenciômetro indicado por Off-set do Gerador de Funções (Módulo 01).




22. Conecte o canal 2 do osciloscópio ao borne de saída de sinal senoidal do Gerador de Funções (Módulo 01) meça e anote o valor da freqüência do sinal.

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23. Observe o nível de tensão de saída na ressonância e determine a freqüência de corte inferior e superior do filtro.

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24. Compare os valores das freqüências calculadas e medidas, e faça comentários conclusivos sobre o filtro 01.

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25. Mantenha a chave seletora S1 de freqüência do Módulo 01 – Gerador de funções para o indicado Baixa freqüência.

26. Utilizando o canal 1 do osciloscópio ajuste a saída senoidal do Gerador de Funções (Módulo 01) para termos um sinal com amplitude de 2,5Vpp, variando o potenciômetro indicado por Amplitude Senoide e com freqüência de 2 kHz através do potenciômetro indicada Freqüência.

27. Utilizando as fórmulas apresentadas na introdução desta experiência determine as seguintes grandezas relacionadas ao filtro implementado (filtro 2):






K (ganho adotado): ________________________________________________________


29. Verifique se o sinal senoidal na saída do Gerador de Funções encontra-se sem deformação, caso ocorra deformação ajuste o potenciômetro Off-set do Gerador de Funções (Módulo 01).







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36. Posicione a chave seletora S1 de freqüência do Módulo 01 – Gerador de funções para o indicado Alta freqüência.

37. Utilizando o canal 1 do osciloscópio ajuste a saída senoidal do Gerador de Funções (Módulo 01) para termos um sinal com amplitude de 2,5Vpp, variando o potenciômetro indicada Amplitude Senoide e com freqüência de 5 kHz variando o potenciômetro indicada Freqüência.







K (ganho adotado):_________________________________________________________




40. Verifique se o sinal senoidal na saída do Gerador de Funções encontra-se sem deformação, caso ocorra deformação ajuste o potenciômetro indicado por Off-set do Gerador de Funções (Módulo 01).


42. Varie a freqüência do sinal de saída do Gerador de Funções (Módulo 01), com o auxílio do potenciômetro indicado por Freqüência.



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47. Mantenha a chave seletora S1 de freqüência do Módulo 01 – Gerador de funções para o indicado Alta freqüência.

48. Utilizando o canal 1 do osciloscópio ajuste a saída senoidal do Gerador de Funções (Módulo 01) para termos um sinal com amplitude de 2,5Vpp, variando o potenciômetro indicado por Amplitude Senoide; e com freqüência de 10 kHz, ajustada através do potenciômetro indicada Freqüência.









K (ganho):________________________________________________________________


51. Verifique se o sinal senoidal na saída do Gerador de Funções encontra-se sem deformação, caso ocorra deformação ajuste o potenciômetro indicado Off-set do Gerador de Funções (Módulo 01).


53. Varie a freqüência do sinal de saída do Gerador de Funções (Módulo 01), com o auxílio do potenciômetro P1.



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57. Observe os valores das freqüências calculadas e medidas, compare e faça comentários conclusivos sobre o filtro 04.

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Módulo 06 – Equalizador de Áudio Módulo 06 – Equalizador de Áudio




MÓDULO 07 – MODULAÇÃO PAM

Modulação de sinais por amostragem

Modulador PAM

Objetivos


1 – Conhecer as formas de ondas resultantes de amostragens de sinal pulsado em amplitude.

2 – Analisar a resolução dos sinais amostrados.

Material Utilizado

Módulo 07 – Modulação PAM Módulo 01– Gerador de Funções Módulo 11 – Fonte de Alimentação Simétrica Osciloscópio

Componentes

1 – Capacitor de 100nF 1 – Capacitor de 220 pF

Introdução

O sistema de modulação PAM é empregado em circuito de telecomunicações principalmente no sistema de telefonia digital.





Metodologia

Nesta experiência observaremos o número mínimo e máximo de amostras de um processo de modulação de sinal pulsado em amplitude.

Execução

01. Conecte os bornes +Vcc (+12V) e preto (GND) da Fonte de Alimentação Simétrica (Módulo 11) aos bornes de mesma cor do Módulo 07 – Modulação PAM.

02. Conecte os bornes vermelhos +Vcc (+12V), verde –Vcc (-12V), e preto GND, da Fonte de Alimentação Simétrica, aos bornes de mesma cor do Módulo 01 – Gerador de Funções.

03. Conecte o canal 1 do osciloscópio na saída J4 (Saída 1) do gerador de onda quadrada (Módulo 07).



04. Movendo o potenciômetro P1 ajuste a freqüência do sinal de onda quadrada em 500 Hz.

05. Movendo o potenciômetro P3 ajuste a tensão de pico a pico do sinal de saída do gerador de onda quadrada em 5 Vpp

06. Conecte o borne J4 (Saída 1) ao borne J6 (Entrada 2) do Módulo 07 – Modulação PAM.

07. Conecte o canal 2 do osciloscópio ao borne J5 do Módulo 07 – Modulação PAM.

08. Movendo o potenciômetro P2 ajuste a tensão de pico a pico do sinal de saída do Modulador PAM, borne J5 em 5Vpp.

09. Selecione a chave S1 na posição Baixa Freqüência do Módulo 1 – Gerador de Funções.

10. Utilizando o canal 1 do osciloscópio ajuste a saída senoidal do Gerador de Funções (Módulo 01) para termos um sinal com amplitude de 2,5 Vpp, variando o potenciômetro indicado por Amplitude Senoide; e com freqüência de 500 Hz, ajustada através do potenciômetro indicada Freqüência.

11. Conecte a saída senoidal, um dos bornes amarelos, do Gerador de Funções (Módulo 01) ao borne azul de entrada J2 (Ent.1) do modulador PAM (Módulo 07).

12. Observe a onda amostrada na saída (J5) do modulador, varie levemente a freqüência dos dois geradores (quadrada e senoidal) até obter a sincronização da forma de onda na tela do osciloscópio, ou seja, até a imagem parar de rolar na tela.

13. Observe e desenhe as formas de onda amostradas.



14. Mantenha o gerador de onda quadrada em 500 Hz.

15. Mantenha a chave S1 na posição Baixa Freqüência do Módulo 1 – Gerador de Funções.



16. Utilizando o canal 1 do osciloscópio ajuste a saída senoidal do Gerador de Funções (Módulo 01) para termos um sinal com amplitude de 2,5Vpp, variando o potenciômetro indicado por Amplitude Senoide; e com freqüência de 100 Hz, ajustada através do potenciômetro indicada Freqüência.



19. Observe a forma de onda de saída, verificando o número de amostras. Desenhe a forma de onda no quadro a seguir.

20. Altere a freqüência de saída do gerador de onda quadrada para 1 kHz, movimentando o potenciômetro P1.

21. Mantenha a chave S1 na posição Baixa Freqüência do Módulo 1 – Gerador de Funções.

22. Utilizando o canal 1 do osciloscópio ajuste a saída senoidal do Gerador de Funções (Módulo 01) para termos um sinal com amplitude de 2,5Vpp, variando o potenciômetro indicado por Amplitude Senoide ; e com freqüência de 500 Hz, ajustada através do potenciômetro indicada Freqüência.





25. Observe a forma de onda de saída, verificando o número de amostras. Desenhe a forma de onda e o número de amostras correspondente no quadro a seguir.

26. Observe no número de amostras em um ciclo do sinal senoidal (áudio) e comente os resultados obtidos no experimento.

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Módulos 08 e 09 Experiência 01


Módulo 07 – Modulação PAM Módulo 07 – Modulação PAM



Módulos 08 e 09 – Multiplexação-Demultiplexação

MÓDULOS 08 E 09 – MULTIPLEXAÇÃO-DEMULTIPLEXAÇÃO


Comunicação Serial

Objetivos


1 – Compreender o funcionamento e aplicação de um circuito de comunicação serial.

Material Utilizado

Módulo 08 – Multiplexador Módulo 09 – Demultiplexador Módulo 11 – Fonte de Alimentação Simétrica Osciloscópio

Introdução

Multiplexação (Conversão Paralelo-Serial)

Um multiplexador ou conversor paralelo-serial é um circuito lógico que aceita diversos dados digitais de entrada e na sua saída envia-os de forma seqüenciada por uma única saída (é isso que nós chamamos de serial).

Muitos sistemas digitais de telecomunicações processam dados binários na forma paralela (os bits simultaneamente) porque é mais rápido. Entretanto, quando os dados devem ser transmitidos por distâncias relativamente longas, o esquema paralelo não viável, pois necessita de um grande número de linhas de transmissão. Por esta e outras razões, dados digitais são freqüentemente convertidos da forma paralela para a forma serial. Um dos métodos pra realizar esta conversão é utilizando um CI multiplexador. A seguir, mostraremos um típico circuito conversor paralelo-serial.



CLOCK CONTADOR

MUX

S2 S1 S0

I1I2I3I4I5I6I7

I0

SAIDA SERIAL ENTRADA PARALELA

Os dados são apresentados na forma paralela nas entradas I7...I0.Utilizamos um contador para gerar uma seqüência S2, S1, S0 que seleciona quais das entradas I7...I0 será enviada a saída serial S. O contador gera um sinal de sincronismo (SINC), o qual possibilita a correta recuperação dos dados enviados na forma paralela. O que está acontecendo no circuito é:

1 – os dados são enviados às entradas do Multiplexador;

2 – utilizando um contador é gerada a seqüência S2, S1, S0 que selecionará qual das entradas I7...I0 será enviada à saída serial S.

3 – a cada seqüência S2, S1, S0, uma entrada é enviada a saída serial S.

S2 S1 S0 BIT enviado 0 0 0 I0 0 0 1 I1 0 1 0 I2 0 1 1 I3 1 0 0 I4 1 0 1 I5 1 1 0 I6 1 1 1 I7

4 – esta seqüência ocorre constantemente, enviando todos os dados que estão na forma paralela de forma serial.

Nos Módulos, o circuito integrado utilizado como contador é o 4060, e o circuito integrado utilizado como multiplexador é o 74164.



Demultiplexação (Conversão Serial-Paralela)

Um multiplexador recebe várias entradas e transmite todos os sinais por uma única saída. Um demultiplexador realiza a operação inversa: ele recebe um a única entrada e as distribui para várias saídas.

ENTRADA SERIAL

SAIDA PARALELA

ENTRADA DE SELEÇÃO

O código gerado em um contador é enviado na entrada de seleção, que tem a finalidade de

selecionar em qual saída será enviada o sinal. Este circuito juntamente com o circuito do ensaio anterior completa um sistema de comunicação serial síncrono

O Esquema de um Circuito de Comunicação Serial

ENTRADA PARALELA

SAÍDA PARALELA

TRANSMISSÃO SERIAL

MUX DEMUX





GND

C8C6C5C2

C1

7912REG37805REG27812REG1

U1

D2

D1

D4

D3

C4

R8

C3

Q2R7

R5

R6K1

S1

R4

Q3

Q1D5

R1

R3

R2

D6

7805REG4

C9

C7

TP1

+5V

+12V

-12V

MODULO 11

V 1.0

MODULO 8

V 1.0

R4

Q1

R1

D9SYNC

SAIDA SERIAL

C1

7416

5

R2

R3

4060

DB0

DB1

DB2

DB3

DB4

DB5

GND

D10

VCC

DB6

DB7R14

R13

R12

R11

R10

R8

R7

R9

D8

D7

D6

D5

D1

D2

D3

D4

D30

GND

+ 5V

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

SINCRONISMO

SERIAL

ENTRADA

D1

R1

R2

D2

R3

D3

R4

D4

R5

D5

R6

D6

R9

D7

R10

D8

CI2

CI1

CI3

R7

R8

C1

V 1.0

MODULO 9

Metodologia

Nesta experiência será feito um teste de comunicação serial com os Módulos 08 e 09, a fim de obter uma melhor fixação do assunto em pauta.

Execução

01. Conecte os bornes cinza +Vcc (+5V) e pretos GND da Fonte Alimentação Simétrica (Módulo 11) aos respectivos bornes do Multiplexador (Módulo 08) e Demultiplexador (Módulo 09).

02. Conecte um fio entre os bornes de sincronismo (SYNC) do Multiplexador (Módulo 08) e Demultiplexador (Módulo 09).

03. Conecte um fio entre o borne SAÍDA SERIAL do Multiplexador (Módulo 08) e o borne ENTRADA SERIAL do Demultiplexador (Módulo 09).



04. Conecte o borne vermelho +5V da Fonte de Alimentação Simétrica (Módulo 11) em alguns bornes de entrada de sinal paralelo do Multiplexador (Módulo 08), conforme os valores nas linhas das tabelas.



05. Complete a tabela.

I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 O0 O1 O2 O3 O4 O5 O6 O7 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1

SAÍDA PARALELA DEMUX

ENTRADA PARALELA MUX

06. Os valores que foram completados na tabela são coerentes? Comente com o seu instrutor e com seus colegas de sala.

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07. Desconecte o borne que está ligado entre os bornes SAÍDA SERIAL e ENTRADA SERIAL. O comente o quê aconteceu.

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08. O que é um Multiplexador?

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09. Porque se utiliza a comunicação serial para transmissão de dados em longa distância?

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10. Utilize este espaço para escrever suas anotações e a sua conclusão.

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Módulos 08 e 09 – Multiplexação-Demultiplexação Módulos 08 e 09 – Multiplexação-Demultiplexação



Módulo 10 – Conversores D/A A/D

MÓDULO 10 – CONVERSORES D/A A/D

Conversão de Sinal Digital para Analógico

Conversor D/A (Digital/Analógico)

Objetivos


1 – Diferenciar um sinal analógico de um sinal digital por suas características. 2 – Compreender o funcionamento e as limitações de um conversor digital/analógico. 3 – Projetar um circuito conversor D/A (rede R/2R).

Material Utilizado

Módulo 10 – Conversores A/D e D/A Módulo 11 – Fonte de Alimentação Simétrica Osciloscópio

Introdução

Antes de tentarmos compreender um conversor analógico, teremos que dar uma breve explicação do que seriam estes dois mundos: o mundo analógico, e o mundo digital.

O mundo digital consiste de obter um valor que é definido entre duas possibilidades: ou valor lógico 1(alto, verdadeiro, etc), ou valor lógico 0(baixo, falso, etc). Realmente, um valor digital está determinado através de faixas de valores anteriormente definidos. Como exemplo, a lógica TTL (muito utilizado na eletrônica digital) é definida como:

0V a 0,8V = valor lógico zero 2V a 5V = valor lógico um

Como podemos notar, a lógica TTL define como valor lógico 0 todo valor de tensão que esteja entre 0V e 0,8V, e define como valor lógico 1 todo valor de tensão que esteja entre 2V e 5V. Isto quer dizer que, não importa os valores exatos de tensão, porque os valores digitais são determinados por uma determinada faixa.

O mundo analógico seria composto por valor de uma faixa contínua em que seu valor por mais precisa que seja é significativo. Por exemplo, se utilizarmos um circuito conversor analógico de tensão para pressão com escala 1:1, caso a tensão estiver em 1,648 V, a pressão estará em 1,648 bar. Caso se mude a tensão do conversor para 2,369 V, a pressão mudará para exatamente 2,369 bar.

Grande parte das variáveis físicas que nós conhecemos (como temperatura, pressão, sinais de áudio, velocidade de rotação, entre outras) são analógicas e podem ter qualquer valor.



Para que possamos obter, processar, monitorar e/ou controla-las por sistema digital, devemos primeiramente converter estes valores para valores digitais. É neste momento que entra em ação o conversor analógico/digital.

Conversão Digital/Analógica (D/A)

Como vimos anteriormente, a conversão digital/analógica é o processo em que um valor em código digital é convertido para uma tensão ou intensidade de corrente elétrica de forma proporcional. A figura a seguir é um bloco de representação de um conversor D/A:

ConversorD/A

Entradas Digitais

Saídas Analógicas

Tensão de Referência

MSB

LSB

ABCD

Note que na figura anterior, há uma entrada de tensão de referência. Este sinal de entrada é utilizado para ser definido a saída de fundo de escala. Isto quer dizer, este valor é utilizado para definir qual é o maior valor que será gerado pela saída do conversor. As entradas de sinal digital A, B, C e D. Para cada valor digital, é definido um valor tensão. Como este conversor ilustrado acima é de 4bits, é possível obter 16 valores de sinal analógico diferentes (24 = 16). Veja a tabela a seguir com os valores de saída analógica (com tensão de referência de 15V):

A B C D Saída Analógica (V) 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 2

0 1 1 3 0 1 0 0 4 0 1 0 1 5 0 1 1 0 6 0 1 1 1 7 1 0 0 0 8 1 0 0 1 9 1 0 1 0 10 1 0 1 1 11 1 1 0 0 12 1 1 0 1 13 1 1 1 0 14 1 1 1 1 15

0



Outra característica do conversor D/A é a Resolução (tamanho do degrau). Esta característica define qual é a menor alteração que pode ocorrer na saída analógica quando se muda o valor de entrada digital. No exemplo anterior, podemos observar que a resolução deste conversor está de 1V, pois a tensão de saída analógica varia de 1V em 1V para cada valor de entrada digital (veja a ilustração a seguir).

Resolução = tamanho do degrau = 1V

Fundo de escala = 15V

Tempo

Até agora, vimos que o conversor gera na saída, sinal de tensão ou corrente positiva. Alguns conversores são desenvolvidos para gerar valores positivos ou negativos (ex: +12V/-12V). Para tal, utiliza-se o bit mais significativo (MSB) para definir a polaridade do sinal.

Circuitos Conversores D/A

Existem vários métodos de construção de conversores digital/analógico, neste curso será apresentado apenas o modo de conversão D/A a partir de resistores: o método R/2R.

A rede R/2R (figura a seguir) é o circuito mais comumente utilizado – fora os circuitos integrados – pois utiliza resistores (componentes eletrônicos de baixo custo) e um componente eletrônico denominado amplificador operacional (visto em ensaios anteriores).

O circuito R/2R é composto de resistores arranjados de uma certa forma que dependendo do sinal lógico B0, B1, B2 e B3 – caracterizadas como chaves – varia a intensidade de corrente no ponto X. Para que o sinal analógico seja a tensão, utiliza-se um conversor de corrente-tensão utilizando um amplificador operacional.



R R R2R

B0 LS

B1 B2 B3 MSB

Tensão de referência

2R 2R 2R 2R 2R

Saída analógica

Entrada Digital

X

Não iremos fazer uma análise profunda sobre este circuito, mas para o circuito da figura anterior podemos projetar um conversor D/A utilizando a seguinte fórmula:

Pesquisa de Falhas em Conversores D/A

Como nós vimos anteriormente, o conversor D/A é tanto analógico quanto digital. Para fazermos medições em um conversor, devemos utilizar para os sinais digitais pontas de prova lógica (mais conhecido como ‘logic probe“) e para sinais analógicos um osciloscópio. Existem duas formas de se fazer testes em um conversor digital/analógico:

teste de precisão estática; teste do tipo escada;

O teste de precisão estática é simples: basta fixar um valor binário na entrada digital do Conversor digital/analógico e fazer uma medição do seu sinal de saída com um osciloscópio (lembre-se de calibra-lo, e SEMPRE CONECTAR O (TERRA) NO GND DO CONVERSOR). Este teste tem a função de verificar se o valor na saída do conversor encontra-se na faixa esperada. Caso os valores não estejam compatíveis, significa que o conversor não está funcionando corretamente. Existem inúmeras causas possíveis para que o conversor digital/analógico esteja com um mau funcionamento, mas as mais comuns são:



Valor da entrada binária Tensão de Saída

Tensão de Referência (V) BVrefVout .

8−

=

variação dos valores dos componentes internos do conversor D/A (causado por alta temperatura ou envelhecimento do componente);

má conexão nas entradas binárias (curto-circuito ou conexão aberta); tensão de referência não regulada.

O teste do tipo escada nada mais é que testar se a saída analógica está variando degrau a degrau, variando a sua entrada digital. Deve-se observar que os degraus devem ter o mesmo tamanho e não deve ter degraus faltando.



GND

C8C6C5C2

C1

7912REG37805REG27812REG1

U1

D2

D1

D4

D3

C4

R8

C3

Q2R7

R5

R6K1

S1

R4

Q3

Q1D5

R1

R3

R2

D6

7805REG4

C9

C7

TP1

+5V

+12V

-12V

MODULO 11

V 1.0

A/DENTRADA

D/ASAIDA

+ 5V

GND

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0 D0

D1

D2

D3

D4

D5

D6

D7

R13

R14

R15

R09

R16

R17

R18

R19

R20

R10

R21

R22

R23

R24

R25

R11

R26

R27

R28

R29

R30

R12

R33

Q01CI1

D08

D07

D06

D05

D04

D03

D02

D01

R35

C03 CI2

C02

C01

R37

R38

R39

R40

R41

R42

R43

R44

R36R34

R31

R01

R02

R03

R04

R05

R06

R07

R08

R32

D32

V 1.0

MODULO 10

Metodologia

Esta experiência tem por objetivo utilizar forma prática todo o conhecimento técnico obtido sobre conversor digital-analógico.

Execução

01. Conecte os bornes +5V e GND da Fonte de Alimentação Simétrica (Módulo 11) aos bornes de mesmo nome do Conversor A/D e D/A (Módulo 10).



02. Utilizando os bornes +5V e GND da Fonte de Alimentação Simétrica (Módulo 11) para gerar os níveis de tensão necessária, complete a tabela.

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 TENSÃO SAÍDA

0 0 1 0 1 1 0 1

0 0 0 0 1 1 0 0

1 0 0 1 1 1 0 1

1 1 0 1 1 1 1 0

0 1 0 1 1 1 1 1

0 0 0 1 0 1 0 0

0 1 0 0 0 0 0 1

03. Os valores obtidos estão coerentes com a teoria?

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04. Descreva algumas aplicações nas quais poderiam ser utilizados conversores D/A.

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Módulo 10 – Conversores D/A A/D Módulo 10 – Conversores D/A A/D




MÓDULO 10 – CONVERSORES D/A A/D


Conversor A/D (Analógico/Digital)

Objetivos


1 – Compreender o funcionamento e as limitações de um conversor analógico/digital. 2 – Projetar um circuito conversor A/D (utilizando ADC0804).

Material Utilizado

Módulo 10 – Conversores A/D e D/A Módulo 11 – Fonte de Alimentação Simétrica Osciloscópio

Introdução

Lembra-se do funcionamento do conversor D/A? Pois saiba que o conversor A/D nada mais é que um circuito utilizando um conversor D/A, que compara seus valores (veja figura a seguir).

Entrada Analógica

Unidade De Controle Ampop*

Conversor D/A

Registrador

Resultado Digital

Comparador

START

CLOCK

EOC (fim da conversão)

* normalmente denominamos o amplificador operacional de Ampop

A operação básica dos conversores A/D deste modo é a seguinte:

1o. Inicia-se o processo enviando um pulso no START;



2o. A Unidade de Controle modifica o valor digital na taxa determinada pelo pulso de clock;

3o. Estes valores são armazenados no Registrador;

4o. O valor digital é convertido para tensão analógica no conversor digital/analógico;

5o. O comparador (o amplificador operacional) irá comparar a tensão de saída analógica do conversor digital/analógica com a tensão de entrada analógica;

6o. Quando a tensão de saída analógica do conversor digital/analógica for igual à tensão de entrada analógica, a saída do comparador fica com nível lógico zero (baixo) e desabilita a Unidade de Controle.

7o. Quando o comparador desabilita a Unidade de Controle, esta ativa um pulso de EOC (fim de conversão).

Existe no mercado um circuito integrado conversor A/D, é o ADC0804 (veja a figura a seguir). O ADC0804 tem 20 pinos e utiliza um algoritmo de conversão denominado método de aproximações sucessivas. Veja a seguir suas mais importantes características:

Tem duas entradas analógicas (Vin+ e Vin-);

Converte a entrada analógica em uma saída digital de oito bits;

Possui um gerador de clock interno. Para determinar a freqüência de sua preferência deve-se utilizar esta fórmula: f = 1/(1,1 RC), onde R é o valor do resistor (em ohms) e o C é valor do capacitor (em farads). Um valor de clock muito utilizado é de 606 kHz, pois utilizam resistor e capacitor de valores comerciais (R = 10kohms e C = 150pfarads). Caso já tenha um gerador de clock no circuito, ele pode ser utilizado conectando-o no pino CLK IN.

Caso utilize a freqüência de clock de 606 kHz, o tempo de conversão é de aproximadamente de 120 microssegundos.

O conversor ADC0804 possui conexões separadas (para o sinal analógico e para o sinal digital).



CLK OUT Saídas Digitais

Terra Analógica

ADC0804

Terra Digital

CLK IN

CS RD

WR

Vin + Vin -

Vref/2

D7

D0

INTR

+5V

(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)(18)

(5)

(6) (8)

(9) (19)(4) (1) (2) (3)

(8)

(10)

Observe que no ADC0804 existem alguns pinos especiais como o CS’, o RD’, o WR’, o INTR’ e o Vref/2. Veja as suas funções a seguir:

PINO NOME TIPO FUNÇÃO

CS’ Chip Select (Seleção do Chip) entrada Habilita os pinos RD’ e WR’

RD’ Read (Leitura) entrada Habilita a leitura de sinais analógicos de

WR’ Write (Escrita) entrada Habilita o ADC para uma nova conversão

INTR’ Interrupt (Interrupção) saída Utilizado para indicar o início e o fim de uma conversão

Vref/2 - entrada Entrada opcional que tem a função de diminuir a tensão de referência

Também tem os pinos CLK OUT e CLK IN, que deve ter um resistor e um capacitor (respectivamente) conectado para a utilização do clock interno. Caso se utilize um clock externo, este deve ser conectado no pino CLK IN.





GND

C8C6C5C2

C1

7912REG37805REG27812REG1

U1

D2

D1

D4

D3

C4

R8

C3

Q2R7

R5

R6K1

S1

R4

Q3

Q1D5

R1

R3

R2

D6

7805REG4

C9

C7

TP1

+5V

+12V

-12V

MODULO 11

V 1.0

A/DENTRADA

D/ASAIDA

+ 5V

GND

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0 D0

D1

D2

D3

D4

D5

D6

D7

R13

R14

R15

R09

R16

R17

R18

R19

R20

R10

R21

R22

R23

R24

R25

R11

R26

R27

R28

R29

R30

R12

R33

Q01CI1

D08

D07

D06

D05

D04

D03

D02

D01

R35

C03 CI2

C02

C01

R37

R38

R39

R40

R41

R42

R43

R44

R36R34

R31

R01

R02

R03

R04

R05

R06

R07

R08

R32

D32

V 1.0

MODULO 10

Metodologia

Nesta experiência será feitos um teste com o conversor A/D, utilizando um potenciômetro para variar a tensão de entrada analógica, a fim de uma melhor fixação da tabela.

Execução

01. Conecte os bornes vermelhos +5V e pretos GND da Fonte Alimentação Simétrica (Módulo 11) aos respectivos bornes dos Conversores A/D e D/A (Módulo 10).

02. Conecte um fio entre o terminal central do potenciômetro e um borne +5V da Fonte de Alimentação Simétrica (Módulo 11).

03. Agora, utilizando um fio, conecte a outra extremidade do potenciômetro no borne de entrada analógica dos Conversores A/D e D/A (Módulo 10).

04. Com o auxílio de um multímetro ajustado na escala VDC 20V, meça a tensão de entrada sobre os terminais do potenciômetro. (veja figura)

MULTIMETRO ESCALA VDC

20v



05. Ajuste a tensão de entrada através do potenciômetro e complete a tabela de saída digital.

Entrada analógica

(V) D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

0,3 0,5 0,9 1,2 1,5 1,7 1,9 2,3 2,5 2,8 3

3,2 3,5 3,7 3,9 4,1 4,4 4,6 4,8 5

06. Os valores de saída digital do conversor A/D estão coerentes?

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07. Descreva algumas aplicações nas quais poderiam ser utilizados conversores A/D.

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08. Descreva os pinos (número do pino, nome e função) do ADC0804.

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Módulo 10 – Conversores D/A A/D Módulo 10 – Conversores D/A A/D



Módulo 12 – Modulador PCM

MÓDULO 12 – MODULADOR PCM


Modulador PCM (Modulação por Codificação de Pulso)

Objetivo


1 – Compreender os princípios básicos da Modulação PCM, bem como suas aplicações e limitações.

2 – Implementar e analisar o funcionamento de um circuito modulador PCM, utilizando o Módulo 12 – Modulação PCM.

3 – Reconhecer os sinais de saída do Modulador PCM, comparando sua eficiência com outros tipos de modulação.

Material Utilizado

Módulo 12 – Modulação PCM Módulo 11 – Fonte de Alimentação Simétrica Osciloscópio

Introdução

O grande diferencial da modulação PCM, é que o sinal modulado PCM é digital, ou seja, apresenta apenas dois níveis de tensão (0 ou 1); isto reduz sensivelmente a influência de ruídos durante a transmissão e demodulação, já que o sinal pode ser constantemente regenerado sem perder informações. Um ruído para produzir alterações perceptíveis em um sinal digital, deve possuir uma amplitude com módulo próximo ao módulo da amplitude do nível 1 do sinal digital de saída.

Um sistema de modulação PCM consiste basicamente de três etapas:

Sinal Analógico Etapa de

Codificação Etapa de

Transmissão

Sinal Digital Etapa de

Amostragem

O circuito apresentado no Módulo 12 realiza as etapas de codificação e transmissão. Porém dentre elas será dado ênfase à etapa de codificação, onde são aplicadas as regras para executar a modulação. A etapa de amostragem é quase que auto-explicativa, pois consiste apenas na leitura do valor binário de entrada, sua função seria mais notória se existisse a necessidade de tradução deste valor para um valor inteligível para o circuito, como no caso de uso de um conversor A/D, etc. A etapa de transmissão também no caso do circuito é instantânea, já que é usado como meio de transmissão um fio de cobre, e o padrão TTL para níveis de tensão.



A etapa de codificação consiste em transmitir um número binário, através de um único canal de comunicação, que no caso do Módulo 12 é um cabo banana. É interessante frisar que o número de bits desse valor binário de entrada será proporcional a precisão do sistema, para mais informações consulte as experiências com o conversor analógico digital.

Para transmitir este número binário, que no nosso caso tem 8 bits, por um só canal, é necessário transmitir um bit por vez, e sincronizar o receptor com o transmissor de forma que ambos saibam qual bit está sendo transmitido. Existem vários tipos de circuitos que realizam esta tarefa entre eles o conhecido conversor paralelo – serial (também disponíveis neste kit). No circuito do Módulo 12 os bits são transmitidos na forma de ondas quadradas, com um período de duração, e com Duty Cycle (razão entre período do sinal em nível 1 e período total) variando para definir o valor do bit. Abaixo temos um diagrama que mostra a forma de um bit transmitido:

Percebemos que a distinção entre os bits é feita pelo Duty Cycle, ou seja, pelo tempo que o sinal fica estagnado em um nível, e o sincronismo entre o transmissor e receptor é feito pela borda de descida, já que qualquer bit apresenta um tempo em que assume nível 0. Por exemplo, o número 25H (ou em binário 00100101), ficaria assim na saída do Modulador PCM:

Perceba que assim como na comunicação serial, o bit menos significativo é enviado primeiro.

A Modulação PCM apresenta certas desvantagens em relação às modulações analógicas. Uma dessas desvantagens é inerente ao processo de amostragem, pois, é necessário converter o sinal analógico em digital antes da transmissão do mesmo, e nesta conversão são perdidas informações. Já que, como visto na prática de conversores analógicos – digitais, os números binários representam uma quantidade discreta de valores analógicos (com quantidade limitada). Assim, um valor binário de 8 bits só é capaz de representar 256 níveis analógicos (28 = 256); e como sabemos existem infinitos valores discretos em um sinal analógico. Portanto ocorre uma aproximação na conversão analógica – digital, e é nesta aproximação que se perde precisão.



Outra desvantagem importante é o tempo de transmissão. Como cada amostra do sinal analógico é convertida para um número binário de 8 bits (no caso do kit), e cada bit é transmitido individualmente; há necessidade de um tempo suficiente para execução desses procedimentos entre duas amostras. O que resulta em um número limitado de amostras por segundo, sendo este proporcional à velocidade do sistema.

A utilização deste tipo de modulação abrange desde a transmissão de sinais analógicos para um meio remoto, como citado, até a transferência de dados puramente digitais, já que cada vez mais ocorre a circulação deste tipo de informação, tanto pela internet, como em redes de computadores, canais multimídia, etc.



GND

C8C6C5C2

C1

7912REG37805REG27812REG1

U1

D2

D1

D4

D3

C4

R8

C3

Q2R7

R5

R6K1

S1

R4

Q3

Q1D5

R1

R3

R2

D6

7805REG4

C9

C7

TP1

+5V

+12V

-12V

MODULO 11

V 1.0GND+5V

R10

R11

R12

R13

R14

R15

R17

R16

D1

C1

R6

R4

R7

R9

R8

R5

R2

R3D2

D6

D4

D9

D3

D5

D7

D8

C2

R1

X1 C3

D1

D0

D2

D3

D4

D5

D6

D7

CI1

SAIDA

R18

V 1.0

MODULO 12

Metodologia

Neste ensaio será feita uma verificação do sinal de saída de um Modulador PCM para que seja observado o algoritmo executado durante a modulação. serão feitas então, comparações entre as combinações das chaves e este mesmo sinal. Por fim, será feito o inverso, através do sinal de saída será deduzida a situação das chaves, fazendo-se então uma conferência entre a circunstância real e o valor alcançado.

Execução

01. Faça uma análise do Modulador PCM (Módulo 12), verificando os principais componentes, bornes disponíveis, elementos de entrada e saída.

02. Conecte o borne +5V da Fonte de Alimentação Simétrica (Módulo 11), aos bornes de mesmo nome do Modulador PCM (Módulo 12).

03. Conecte o borne GND da Fonte de Alimentação Simétrica (Módulo 11), ao borne de mesmo nome no Modulador PCM (Módulo 12).



04. Utilizando o canal 1 do osciloscópio, verifique a forma de onda no borne denominado “Saída” do Modulador PCM (Módulo 12), deixando todas as chaves desligadas.

05. Com base no item anterior, qual o número binário que está sendo modulado?

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06. Mantenha as configurações descritas no passo 4 e desenhe a forma de onda presente no borne denominado “Saída” do Modulador PCM (Módulo 12).

07. Analisando a forma de onda obtida no item anterior, verifique o número binário representado pelo sinal de saída e o compare com o número representado pelas chaves. Eles são equivalentes? Justifique sua resposta.

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________________________________________________________________________

________________________________________________________________________



08. Assim como anteriormente, escolha três combinações de entrada diferentes, desenhe a forma de onda presente na saída em cada situação, e compare o valor representado pelas formas de onda com o valor presente nas chaves:



09. Escreva suas observações e conclusões quanto a modulação PCM.

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________________________________________________________________________

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Módulos 12 e 13 Experiência 01


Módulo 12 – Modulador PCM Módulo 12 – Modulador PCM



Módulos 12 e 13 – Modulador e Demodulador PCM

MÓDULOS 12 E 13 – MODULADOR E DEMODULADOR PCM


Demodulador PCM (Modulação por Codificação de Pulso)

Objetivo


1 – Implementar e compreender o funcionamento de um sistema com Modulação PCM acoplado a um conversor digital – analógico.

Material Utilizado

Módulo 12 – Modulação PCM Módulo 13 – Demodulação PCM Módulo 10 – Conversores A/D e D/A Módulo 11 – Fonte de Alimentação Simétrica Osciloscópio ou multímetro




Diagra4ma de Montagem

GND

C8C6C5C2

C1

7912REG37805REG27812REG1

U1

D2

D1

D4

D3

C4

R8

C3

Q2R7

R5

R6K1

S1

R4

Q3

Q1D5

R1

R3

R2

D6

7805REG4

C9

C7

TP1

+5V

+12V

-12V

MODULO 11

V 1.0

GND+5V

R10

R11

R12

R13

R14

R15

R17

R16

D1

C1

R6

R4

R7

R9

R8

R5

R2

R3D2

D6

D4

D9

D3

D5

D7

D8

C2

R1

X1 C3

D1

D0

D2

D3

D4

D5

D6

D7

CI1

SAIDA

R18

V 1.0

MODULO 12

V 1.0

MODULO 13

D1

+ 5V

GND

D0

D1

D2

D3

D4

D5

D6

D7

CI1

R9

R8

R7

R6

R5

R4

R10

D2

D3

D4

D5

D6

D7

D8

D9

X1

R2

R1

C3

C1

C2

ENTRADA

R3

Metodologia

Neste experimento, partiremos da montagem de um sistema de Modulação PCM, executada na Experiência 01 deste Módulo. Somando a tal sistema um conversor digital – analógico, que será conectado na saída do Demodulador. Verificando assim a reação da saída do D/A às variações na entrada do Modulador PCM.

Execução

01. Conecte o borne +5V da Fonte de Alimentação Simétrica (Módulo 11), ao borne de mesmo nome no Modulador PCM (Módulo 12), no Demodulador PCM (Módulo 13) e no Conversor A/D e D/A (Módulo 10).

02. Conecte o borne GND da Fonte de Alimentação Simétrica (Módulo 11), ao borne de mesmo nome no Modulador PCM (Módulo 12), no Demodulador PCM (Módulo 13) e no Conversor A/D e D/A (Módulo 10).

03. Interligue o borne denominado “Saída” no Modulador PCM (Módulo 12), ao borne denominado “Entrada” no Demodulador PCM (Módulo 13).



04. Conecte as saídas do Demodulador PCM (Módulo 13), aos bornes de mesmo nome nas entradas do Conversor D/A (Módulo 10); é importante frisar que devem ser conectadas as saídas do Demodulador PCM (Módulo 13) apenas as entradas do Conversor D/A, pois há bornes de mesmo nome nas saídas do Conversor A/D.

05. Acione as chaves de entrada do Modulador PCM (Módulo 12) aleatoriamente, e veja se os leds do Demodulador PCM (Módulo 13) acompanham as situações impostas nas chaves; caso não o façam verifique as etapas anteriores.

06. Utilizando o canal 1 do osciloscópio ou um multímetro meça a tensão na saída do Conversor D/A (Módulo 10), mantendo sempre todas as chaves na posição de repouso. Com base nos conhecimentos adquiridos nos experimentos com Conversor D/A,, Modulação PCM e Demodulação PCM, descreva e explique o que ocorre:

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07. Escolha 10 números binários distintos e os escreva na tabela abaixo de forma crescente:

Número Binário Tensão de Saída do D/A (V)

08. Aplique nas chaves do Modulador PCM (Módulo 12) as combinações referentes a cada número da tabela acima, lembrando que o bit D7 é o mais significativo. Meça a tensão na saída do conversor D/A (Módulo 10) para cada número inserido e complete a tabela.



09. Com base nos seus conhecimentos de conversores D/A, Modulação PCM e tabela acima, escreva suas conclusões sobre o experimento.

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Módulos 12 e 13 – Modulador e Demodulador PCM Módulos 12 e 13 – Modulador e Demodulador PCM



Módulo 13 – Demodulador PCM

MÓDULO 13 – DEMODULADOR PCM


Demodulador PCM (Modulação por Codificação de Pulso)

Objetivo


1 – Compreender os princípios básicos da Demodulação PCM.

2 – Implementar e analisar o funcionamento de um circuito demodulador PCM, utilizando o Módulo 13 do kit de telecomunicações.

Material Utilizado

Módulo 12 – Modulação PCM Módulo 13 – Demodulação PCM Módulo 11 – Fonte de Alimentação Simétrica Osciloscópio

Introdução

O circuito que realiza a demodulação, apenas aplica as regras determinadas no ensaio com o modulador, porém de forma inversa a fim de regenerar o sinal de entrada.

Temos um diagrama em blocos do processo de demodulação mostrado abaixo:

Sinal Digital Etapa de

Regeneração Etapa de

Adequação

Sinal AnalógicEtapa de

Decodificação

O circuito do Demodulador PCM é responsável apenas pela decodificação do sinal digital, sendo as demais etapas executadas pelo conversor digital – analógico já estudado.

A etapa de decodificação consiste em traduzir o sinal digital em um número de 8 bits (no caso do Módulo 13 do kit). Isso é feito pela detecção do Duty Cycle de cada período do sinal digital. Abaixo, serão apresentadas as formas de onda para cada bit, a fim de facilitar a explanação:



Assim o circuito do receptor detecta um longo período em que o canal fica em nível 1, significando silêncio na transmissão. Quando uma borda de descida é detectada, ele inicia uma contagem que é parada no instante que o sinal retorna para o nível 1. Este valor da contagem é que fará a distinção entre um bit de valor 0 e um bit de valor 1. Se a contagem resultou em um valor alto, é atribuído 0 ao bit menos significativo, pois se trata do primeiro bit enviado, caso a contagem tenha resultado em um valor alto é atribuído então, valor 1 ao bit menos significativo. Esse processo é repetido bit a bit, até serem completados os 8 bits do número binário.

O receptor possui 2 tipos de sincronismo com o transmissor, o primeiro é feito pela borda de descida que informa quando começa um bit. E o outro é o longo período em nível 1, ou seja, o silêncio na transmissão, que indica ao receptor o início de um novo byte.

Após a recepção de 8 bits consecutivos o transmissor atualiza suas saídas com o byte recebido. Este pode ser encaminhado para um conversor digital – analógico onde são realizadas as duas últimas etapas, ou pode ser tratado, isto de acordo com a aplicação.



Saí

Fonte de Alimentação

+5V GN

+5V GNEntra

+5V GN

Mod 11

Mod 12 Mod 13

Modulador PCM

Demodulador PCM



Metodologia

Neste ensaio serão interligados o Modulador PCM (Módulo 12) e o Demodulador PCM (Módulo 13), a fim de que seja verificado o processo de modulação e demodulação operando juntos, bem como a consistência desses procedimentos, através da comparação entre dados enviados e recebidos.

Execução

01. Faça uma análise do Demodulador PCM (Módulo 13), verificando os principais componentes, bornes disponíveis, elementos de entrada e saída..

02. Conecte o borne +5V da Fonte de Alimentação Simétrica (Módulo 11), ao borne de mesmo nome no Modulador PCM (Módulo 12) e no Demodulador PCM (Módulo 13).

03. Conecte o borne GND da Fonte de Alimentação Simétrica (Módulo 11), ao borne de mesmo nome no Modulador PCM (Módulo 12) e no Demodulador PCM (Módulo 13).

04. Interligue o borne de “Saída” do Modulador PCM (Módulo 12), ao borne de nome “Entrada” do Demodulador PCM (Módulo 13).

05. Uttilizando o canal 1 do Osciloscópio, meça o sinal na saída do Modulador PCM (Módulo 12), e verifique se é igual a sinal presente no borne de entrada do Demodulador PCM (Módulo 13).

06. Com todas as chaves desabilitadas, descreva a condição dos leds no Modulador PCM (Módulo 12) e no Demodulador PCM (Módulo 13):

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07. Escolha combinações aleatórias e distintas para as chaves do Modulador PCM (Módulo 12) e faça uma descrição do que ocorre.

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08. No item anterior a situação dos leds do Modulador PCM (Módulo 12) sempre foi idêntica a situação dos leds no Demodulador PCM (Módulo 13)?

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09. Retire o cabo que interconecta a saída do Modulador PCM (Módulo 12) com a entrada do Demodulador PCM (Módulo 13). Verifique e descreva o que acontece.

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10. Faça comparações emtre a modulação PCM e os outros tipos de modulação estudados anteriormente.

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Módulo 13 – Demodulador PCM Módulo 13 – Demodulador PCM




MÓDULO 14 – OSCILADORES

Osciladores harmônicos

Oscilador Colpitts, Oscilador de deslocamento de fase e Duplo T

Objetivos

Após terminar este experimento você será capaz de:

1 – Montar um circuito oscilador harmônico do tipo Colpitts 2 – Montar um circuito oscilador harmônico do tipo Deslocamento de Fase 3 – Montar um circuito oscilador harmônico do tipo Duplo T 4 – Verificar os efeitos de realimentação e as características que influenciam a oscilação de

um sistema. 5 – Analisar o funcionamento de um oscilador harmônico

Material Utilizado

Módulo 14 – Osciladores Harmônicos Módulo 11 – Fonte de Alimentação Simétrica Osciloscópio

Componentes

os capacitores de 1nF os capacitores de 4,7nF 3 capacitores de 10nF 3 capacitores de 47nF 2 resistores de 3,9kΩ 1 Indutor de 1mH 1 Indutor de 560uH

Introdução

Os osciladores harmônicos são largamente empregados em circuitos na área de telecomunicações. Os osciladores harmônicos podem se classificados em osciladores de freqüência livre ou de freqüência controlado a cristal.

A freqüência dos circuitos osciladores controlados a cristal é bastante estável e varia muito pouco com a variação da tensão de alimentação e temperatura.

Os rádios receptores e transmissores, televisores, sistema de telefonia sem fio etc. empregam algum dos tipos de osciladores harmônicos.



Na figura 1 é apresentado um circuito oscilador harmônico do tipo Coltpitts.

A freqüência do sinal do oscilador é determinada pelo circuito ressonante formado pelos capacitores C3, C4 e o indutor L1.

Para determinar a freqüência de ressonância do circuito oscilador, emprega-se a seguinte expressão matemática.

CeqL21fo⋅π

= 4C3C4C3C

+⋅

=Ceq



GND

C8C6C5C2

C1

7912REG37805REG27812REG1

U1

D2

D1

D4

D3

C4

R8

C3

Q2R7

R5

R6K1

S1

R4

Q3

Q1D5

R1

R3

R2

D6

7805REG4

C9

C7

TP1

+5V

+12V

-12V

MODULO 11

V 1.0 V 1.0

MODULO 14

R4

R15 VS3

P2

P2

C14

R14R12

C +12V

+

+

R6

C2

R1

R2

VS1

DUPLO T

COLPITTS

DESCOLAMENTO DE FASE

OSCILADORES

Q1

R7

Q2

R3

C1

R5

C3 C5 C8

A +12V

R9 R10

B +12V

C9

R8

C4

C6

C7

L1

C12

R13

VS2

Q3

R11

++C18

C13

P1

C11

J1

J2

J3

J4

J5J6



Metodologia

Nesta experiência faremos a determinação da freqüência de oscilação de um circuito oscilador harmônico pelo método teórico.

Posteriormente faremos a comparação da freqüência teórica com a medida no circuito com auxílio de um osciloscópio.

Será feita ainda a verificação da forma de onda de oscilação dos circuitos osciladores configurados como deslocamento de fase e em ponte em duplo T.

Execução

01. Conecte o borne vermelho +Vcc (+12V) da Fonte de Alimentação Simétrica (Módulo 11) aos bornes de mesma cor dos Osciladores Harmônicos (Módulo14) identificados como J3, J1 e J5.

02. Conecte o borne preto GND da Fonte de Alimentação Simétrica (Módulo 11) ao borne de mesma cor dos Osciladores Harmônicos (Módulo 14).

Montagem com o Oscilador Colpitts

03. Determine, teoricamente a freqüência de oscilação do circuito oscilador Colpitts com os seguintes componentes: C6 = 4,7nF e C7 = 4,7nF e L1 = 1mH.

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05. Identifique o indutor de 1mH entre os componentes fixados em placas de montagem, que acompanham o conjunto didático.

06. Conecte os capacitores C6 = 4,7nF e C7 = 4,7nF, aos seus respectivos bornes (Marfim), respeitando o diagrama posicional do Oscilador Colpitts (Módulo 14).

07. Conecte o indutor L1 = 1 mH, que está fixado em placa de montagem, aos seus respectivos bornes (Marfim), respeitando o diagrama posicional do Oscilador Colpitts (Módulo 14).

08. Conecte uma das entradas do osciloscópio à saída do Oscilador Colpitts indicada como VS2 ou borne J2.

09. Observe a forma de onda na saída do oscilador, meça e anote a freqüência de oscilação.

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10. Desenhe no quadro a seguir a forma de onda presente na saída do oscilador.

11. Determine teoricamente a freqüência de oscilação do circuito oscilador colpitts com os seguintes componentes: C6 = 1nF, C7 = 1nF e L1 = 560 uH.

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12. Identifique os capacitores de 1 nF entre os componentes fixados em placas de montagem que acompanham o conjunto didático.

13. Identifique o indutor de 560 uH entre os componentes fixados em placas de montagem, que acompanham o conjunto didático.

14. Conecte os capacitores C6 = 1nF e C7 = 1nF, aos seus respectivos bornes (Marfim), respeitando o diagrama posicional do Oscilador Colpitts (Módulo 14).

15. Conecte o indutor L1 = 560uH aos seus respectivos bornes (Marfim), respeitando o diagrama posicional do Oscilador Colpitts (Módulo 14).

16. Observe a forma de onda de oscilação na saída do oscilador (J2) e meça a freqüência de oscilação do circuito.

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18. Observe o efeito da substituição dos componentes na onda senoidal do sinal de saída. Comente os resultados obtidos.

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19. Substitua o capacitor C7 de 1 nF por um de 4,7nF.

20. Observe novamente a forma de onda de saída do circuito oscilador, borne J2. Comente o resultado obtido com a alteração do componente.

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21. Substitua o capacitor C7 de 4,7 nF por um de 10nF.

22. Observe novamente a forma de onda de saída do circuito oscilador, borne J2. Comente o resultado obtido com a alteração do componente.

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Montagem com o Oscilador de Deslocamento de Fase


24. Identifique os resistores de 3,9kΩ entre os componentes fixados em placas de montagem, que acompanham o conjunto didático.

25. Conecte os capacitores C3, C5 e C8 de 10nF, aos seus respectivos bornes (Marfim), respeitando o diagrama posicional do Oscilador de Deslocamento de Fase (Módulo 14).

26. Conecte os resistores R9 e R10 de 3,9kΩ, que estão fixados em placa de montagem, aos seus respectivos bornes (Marfim), respeitando o diagrama posicional do Oscilador de Deslocamento de Fase (Módulo 14).

27. Conecte uma das entradas do osciloscópio à saída do oscilador de Deslocamento de Fase indicada como VS1 ou borne J4.

28. Observe a forma de onda de oscilação na saída do oscilador, borne J4 e meça a freqüência de oscilação do circuito.

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31. Conecte os capacitores C3, C5 e C8 de 47nF, aos seus respectivos bornes (Marfim), respeitando o diagrama posicional do Oscilador de Deslocamento de Fase (Módulo 14).

32. Conecte uma das entradas do osciloscópio à saída do oscilador de Deslocamento de Fase indicada como VS1 ou borne J4.


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35. Compare os resultados obtidos em relação aos valores dos capacitores conectados no circuito.

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Montagem com o Oscilador Duplo T

36. Conecte uma das entradas do osciloscópio à saída do oscilador de Duplo T, indicada como VS3 ou borne J6.

37. Defina a ressonância do circuito através do potenciômetro P1, movimente o cursor do potenciômetro até obter um sinal oscilante na saída do circuito oscilador Duplo T.


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40. Comente o funcionamento dos diversos tipos de osciladores.

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Módulo 14 – Osciladores Módulo 14 – Osciladores




MÓDULO 15 – MODULAÇÃO E DEMODULAÇÃO FM DIGITAL

Sistema de modulação e demodulação por um astável

Modulação e Demodulação FM Digital

Objetivos

Após completar este ensaio você será capaz de:

1 – Conhecer os métodos de modulação digital. 2 – Analisar experimentalmente as modulações em freqüência digital a transistores. 3 – Analisar as formas de onda dos circuitos moduladoras FM digital.

Material Utilizado

Módulo 15 – Modulação e Demodulação de FM Digital Módulo 11 – Fonte de Alimentação Simétrica Módulo 01– Gerador de Funções Osciloscópio de duplo traço


1 – Capacitor: C1 =100 nF.

Introdução

Modulador de FM com Multivibrador

OOss cciirrccuuiittooss mmuullttiivviibbrraaddoorreess ssããoo cciirrccuuiittooss qquuee tteemm ccoommoo ccaarraacctteerrííssttiiccaa,, aapprreesseennttaarreemm ddooiiss eessttaaddooss llóóggiiccooss,,11 ee 00.. OOss mmuullttiivviibbrraaddoorreess aapprreesseennttaamm--ssee nnaass sseegguuiinntteess ccoonnddiiççõõeess:: AAssttáávveell,, bbiieessttáávveell ee mmoonnooeessttáávveell.. OO cciirrccuuiittoo bbáássiiccoo ddee uumm mmuullttiivviibbrraaddoorr aassttáávveell eessttáá mmoossttrraaddoo nnaa ffiigguurraa 11..

DDuurraannttee aass mmuuddaannççaass ddee eessttaaddoo ddee ooppeerraaççããoo,, aass tteennssõõeess ddooss ccoolleettoorreess ddee QQ11 ee QQ22 vvaarriiaamm eennttrree uumm vvaalloorr mmááxxiimmoo ((ttrraannssiissttoorr eemm ccoorrttee)) ee uumm vvaalloorr mmíínniimmoo ((ttrraannssiissttoorr ssaattuurraaddoo))..

EEssttee cciirrccuuiittoo aapprreesseennttaa eessttaaddoo iinnssttáávveell,, oouu sseejjaa,, ooss sseeuuss eessttaaddooss llóóggiiccooss ssee aalltteerrnnaamm ccoonnttiinnuuaammeennttee..



Figura 1

O transistor Q2 tem como função alterar a corrente de carga dos capacitores C2 e C5 do oscilador, conseqüentemente alterando a freqüência do oscilador.

O circuito demodulador possui um filtro L.C que sintoniza a harmônica fundamental da onda quadrada do oscilador.

Demodulador de Inclinação

Este tipo de detector de freqüência modulada é constituído basicamente de um circuito ressonante sintonizado um pouco fora do sinal da portadora.

Em virtude do circuito detector não estar sintonizado na freqüência central da portadora de FM, ele estará operando em um dos lados da curva da banda passante do circuito ressonante, portanto qualquer variação da freqüência ocasionará uma variação no ganho do circuito, ocorrendo a variação na amplitude do sinal

Na figura 2 está mostrada a curva característica do demodulador de inclinação.

Figura 2

A variação de freqüência produz a variação na amplitude da portadora transformando o sinal de FM em AM.

Para demodular esta variação de AM, faz-se a demodulação de envoltória de AM com um circuito detector a diodo.



Na figura 3 está mostrado o circuito demodulador de inclinação.

Figura 3

Convém lembrar que enquanto o desvio de freqüência for pequeno a região de trabalho sobre a curva do circuito ressonante pode ser considerada retilínea, portanto não haverá a distorção do sinal demodulado.

Entretanto, se o desvio de freqüência for muito grande, a região de trabalho não será mais linear, havendo uma distorção no sinal.

Podemos observar que, uma vez obtido o sinal de AM no filtro L.C., entramos em uma detecção simples de AM para recuperar o sinal modulante de áudio.

Figura 4

A figura 4 mostra a forma de onda do circuito demodulador de inclinação.




Metodologia

Nesta experiência, como modulador de FM, utilizaremos um circuito multivibrador astável. Será observada a variação da freqüência em função da variação da tensão aplicada no circuito oscilador astável.

Também será analisada, a demodulação de FM por inclinação, ou seja, a conversão de variação de freqüência em variação de amplitude em função da banda passante do filtro empregado para a demodulação do sinal digital.

Execução

Ensaio com o Modulador

01. Conecte os bornes vermelhos +Vcc (+12V), verde –Vcc (-12V), e preto GND, da Fonte Alimentação Simétrica (Módulo 11) aos respectivos bornes do Gerador de Funções (Módulo 01; ao Módulo 15, conectar somente os bornes +12V (borne J2) e o GND).

02. Conecte a ponta de prova ligada ao canal 1 do osciloscópio ao borne amarelo de saída do Modulador de FM – J4.



03. Conecte a ponta de prova ligada ao canal 2 do osciloscópio ao borne do Modulador de FM – designado como J3.

04. Posicione o potenciômetro P1 de forma a obter 50kHz, observando a forma de onda no borne amarelo J3 do modulador.

05. Desenhe no quadro a seguir a forma e onda presente no borne J3 do Modulador de FM.

06. Movimente o cursor do potenciômetro P3 no sentido anti-horário, ou seja, no mínimo de sinal de entrada e meça a freqüência no borne amarelo J4 do Modulador de FM (Módulo 15) correspondente ao sinal de saída.

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07. Movimente o cursor do potenciômetro P3 no sentido horário, ou seja, no máximo de sinal de entrada e meça a freqüência no borne amarelo J4, correspondente ao sinal de saída..

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08. Varie o potenciômetro P1 lentamente até obter a ressonância do circuito LC (C9 e L1) no borne amarelo (J4), do Modulador de FM Digital (Módulo 15).

09. Sintonize a harmônica fundamental (senoidal) do filtro. Com auxílio do osciloscópio, meça a freqüência de ressonância do sinal do filtro e a tensão Vpp, e anote a seguir.

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10. Posicione a chave S1 do Módulo 01 – Gerador de Funções para Baixa Freqüência.



11. Ajuste a amplitude do sinal de saída do Gerador de Funções em 100 mV através do potenciômetro indicado Amplitude Senoide.

12. Ajuste a freqüência do sinal de saída do Gerador de Funções em 1 kHz, através do potenciômetro indicada Freqüência.

13. Conecte a saída senoidal do Gerador de Funções – Módulo 01 ao borne J1 (azul) do Módulo 15 – Modulador de FM Digital.

14. Varie gradativamente o potenciômetro indicada Amplitude Senoide – Gerador de funções, ajustando assim, a amplitude do sinal de áudio até que se observe uma variação na freqüência do modulador.

15. Mantenha o nível de amplitude do sinal de áudio na saída do Gerador de Funções (Módulo 01) e altere gradativamente a freqüência com o auxílio do potenciômetro P1, observando cuidadosamente o desvio no período do sinal modulado em freqüência, borne J4 do Modulador de FM Digital (Módulo 15).

16. Qual foi o efeito obtido na saída do Modulador FM Digital (Módulo 15) com a variação da amplitude do sinal de áudio aplicado no borne J1 do Modulador? Explique.

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17. Qual foi o efeito obtido na saída do Modulador FM Digital (Módulo 15) com a variação da freqüência do sinal de áudio aplicado no borne J1 do Modulador? Explique.

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Demodulador de FM de Inclinação

18. Faça um ajuste fino no potenciômetro P1, do circuito Modulador Digital de FM (Módulo 15) até obter a máxima amplitude de sinal na saída (borne J4).

19. Utilizando o canal 1 do osciloscópio meça a tensão no borne J4, saída do Modulador FM Digital (Módulo 15).

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20. Conecte a saída do Modulador FM Digital (Módulo 15),borne J4, à entrada do Demodulador de FM de Inclinação (Módulo 15),borne J3.

21. Ajuste a freqüência do sinal de saída do Gerador de Funções (Módulo 01) em 1 kHz senoidal.

22. Conecte o canal 1 do osciloscópio ao borne J5 ,saída do Demodulador de FM de Inclinação.

23. Aumente gradativamente a amplitude do sinal de áudio na entrada do Modulador FM Digital (Módulo 15), com o auxílio do potenciômetro indicado Amplitude Senoide do Gerador de Funções (Módulo 01).

24. Observe o sinal modulado na saída do Modulador de FM Digital (Módulo 15).



25. Ajuste o potenciômetro P2 do circuito Demodulador de FM de Inclinação (Módulo 15), até obter uma forma de onda senoidal de áudio no borne J5 de saída sem deformação.

26. A deformação do sinal demodulado pode ser causada pela sobremodulação da freqüência do modulador, reduza a amplitude do sinal de áudio, com ao auxílio do potenciômetro indicado Amplitude Senoide do Gerador de Funções (Módulo 01), até obter uma forma de onda senoidal sem distorção na saída do demodulado de inclinação. Faça o ajuste fino do nível da freqüência de corte. Conclua a seguir.

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Aplicando outras formas de Onda do Sinal de Áudio no Modulador FM Digital

27. Ajuste a freqüência do sinal de saída do Gerador de Funções (Módulo 01) em 500 Hz.

28. Conecte a saída triangular do Gerador de Funções (Módulo 01) ao borne J1 de entrada do Modulador de FM Digital (Módulo 15).



29. Mantenha a conexão entre o Modulador FM digital (Módulo 15), borne J4 e o Demodulador de FM de Incliação (Módulo 15), borne J3.

30. Conecte o canal 1 do osciloscópio ao borne J5, saída do Demodulador de FM de Inclinação (Módulo 15).

31. Aumente gradativamente a amplitude do sinal de áudio na entrada do Modulador FM Digital (Módulo 15), com o auxílio de o potenciômetro indicada Amplitude Triangular do Gerador de Funções (Módulo 01).


33. Ajuste o potenciômetro P2 Demodulador de FM de Inclinação (Módulo 15), até obter uma forma de onda triangular de áudio no borne J5, saída do Demodulador de FM de Inclinação sem deformação.

34. A deformação do sinal demodulado pode ser causada pela sobremodulação da freqüência do modulador, reduza a amplitude do sinal de áudio, com ao auxílio do potenciômetro P3/P4 do Gerador de Funções (Módulo 01), até obter uma forma de onda senoidal sem distorção na saída do Demodulado de FM de Inclinação (Módulo 15). Faça o ajuste fino do nível da freqüência de corte. Utilize o espaço abaixo para suas conclusões.

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35. Ajuste a freqüência do sinal de saída do Gerador de Funções (Módulo 01) em 1 kHz.

36. Conecte a saída de onda quadrada do Gerador de Funções (Módulo 01) ao borne J1 de entrada do Modulador de FM Digital (Módulo 15).

37. Mantenha a conexão entre o Modulador FM Digital (Módulo 15), borne J4, e o Demodulador de FM de Incliação (Módulo 15), borne J3.

38. Conecte o canal 1 do osciloscópio ao borne J5, saída do Demodulador de FM de Inclinação (Módulo 15), borne J5

39. Aumente gradativamente a amplitude do sinal de áudio do modulador, com o auxílio do potenciômetro indicado Amplitude Quadrada do Gerador de Funções (Módulo 01).


41. Ajuste o potenciômetro P2 do circuito Demodulador de FM de Inclinação (Módulo 15), até obter uma forma de onda quadrada de áudio no borne J5, saída do demodulador sem deformação.

42. A deformação do sinal demodulado pode ser causada pela sobremodulação da freqüência do modulador, reduza a amplitude do sinal de áudio, com ao auxílio do potenciômetro P3/P4 do Gerador de Funções (Módulo 01), até obter uma forma de onda senoidal sem distorção na saída do demodulado de inclinação. Faça o ajuste fino do nível da freqüência de corte. Utilize o espaço abaixo para suas conclusões.



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43. Comente o efeito dos três sinais de áudio aplicados ao Modulador FM Digital (Módulo 15).

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Módulo 15 – Modulação e Demodulação FM DigitalMódulo 15 – Modulação e Demodulação FM Digital



Módulo 16 – Transmissão em freqüência Modulada

MÓDULO 16 – TRANSMISSÃO EM FREQÜÊNCIA MODULADA

Transmissão de FM de faixa estreita (FMFE) com diodo varicap

Transmissor de FM com Diodo Varicap

Objetivos


1 – Conhecer o funcionamento de um transmissor FM de Faixa Estreita com diodo varicap

Material Utilizado

Módulo 16 – Transmissor de FM Módulo 18 – Receptor de FM Módulo 17 – Amplificador de Áudio Módulo 11 – Fonte de Alimentação Simétrica Osciloscópio de duplo traço


Alto-falante Microfone dinâmico Jumper

Introdução

Um transmissor de FM de faixa estreita está restrito na transmissão de sinais de informações modulada na faixa de audiofreqüência (20Hz a 20 kHz).

Após a modulação deste sinal, a faixa ocupada por um transmissor de FMFE ocupará no total de 30 kHz.

O transmissor de FMFE experimental deste projeto é basicamente formado de quatro partes principais, conforme está mostrado na figura 1.



Figura 1

O circuito Gerador de Rádio Freqüência de onda portadora do transmissor é um oscilador livre do tipo Colpitts constituído pelo transistor Q1. A freqüência de oscilação é determinada pelos componentes Ct1, C7 C8, C9 e o indutor L1.

O potenciômetro P1 serve para um ajuste fino da freqüência do transmissor. A variação da freqüência é conseguida pela variação da tensão sobre o diodo varicap (D2).

A etapa moduladora de FM do transmissor é constituída pelos componentes Ct2 (trimer de ajuste), C15 em conjunto com o diodo varicap (D1) e o indutor L2.

Quando é aplicada uma tensão variável proveniente do Amplificador de Áudio ao diodo varicap D1, sua capacitância é alterada, alternando a freqüência de ressonância do circuito L.C.

O transistor Q4 tem a função de amplificar o sinal de freqüência modulada proveniente da etapa moduladora e fornecer potência à antena do transmissor.

O capacitor de ajuste Ct4 e o indutor L4 servem para casar a impedância da antena com a impedância do transistor de saída do transmissor obtendo o máximo de rendimento na propagação do sinal irradiado pela antena.

O circuito formado pelos transistores Q2 e Q3 constitui um amplificador de áudio. O potenciômetro P3 ajusta o índice de modulação da onda portadora de FM. O potenciômetro P1 ajusta a sensibilidade do sinal de entrada.

Na figura 2 é apresentado o diagrama esquemático do transmissor de Faixa Estreita deste conjunto didático.



Figura 2

O transmissor deste módulo é de baixa potência, destinada ao uso no limite domiciliar. Não se deve conectar a uma antena externa para irradiar qualquer tipo de sinal pelo espaço.

A irradiação de qualquer tipo de sinal de RF requer uma autorização e homologação do aparelho pelo órgão competente de telecomunicação e transmitir sem a devida autorização poderá estar sujeita as penas da lei.

Ajuste e Uso – Já Desenvolvido no Kit Didático

O ajuste do transmissor experimental pode ser feito com auxílio de um receptor de rádio FM e um freqüêncímetro. A freqüência do transmissor deve estar situada numa faixa fora das estações já existentes.

A faixa de FM é compreendida entre 88MHz a 108MHz, que são divididos de 200 kHz em 200 kHz conforme podemos ver na figura 3.

01. Ligue um rádio FM comercial e localize uma posição do dial na qual não haja nenhuma estação transmitindo.

02. O transmissor experimental pode ser ajustado entre 100 a 108MHz.

03. Conecte a alimentação do Módulo 16.

04. Posicione o dial do rádio receptor de FM comercial na indicação superior a 100MHz que não haja estação transmitindo.



05. Coloque o receptor de rádio aproximadamente a distancia de 1 metro do transmissor.

06. Conecte a pequena antena telescópica totalmente esticada na saída do transmissor.

07. Injete um sinal de áudio no borne Ent.1 na entrada do transmissor, utilizando o Gerador de Funções (Módulo 01) ajustado na freqüência de 1 kHz e 2,5 Vpp de amplitude.

08. Ajuste o potenciômetro P3 (ajuste de índice de modulação em FM) para obter um sinal limpo e sem distorção.

O transmissor experimental alimentado com uma tensão de 12 volts fornece cerca de 50mW de potência de RF de FM. Em campo aberto conectado a uma antena externa, o sinal modulado pode atingir a uma distância de 1000 metros.

O diodo varicap do transmissor pode ser substituído por uma junção PN de um transistor do tipo BCXXX aproveitando a junção Base-Emissor do transistor, polarizado inversamente. Para ampliar a faixa de recepção do receptor de FM foi empregado diodo varicap MV209 que pode variar a capacitância de 40a 4 pF aplicando 0 a -12V.





Metodologia

Nesta experiência faremos a observação de funcionamento do circuito transmissor com objetivo de associar o conhecimento teórico do transmissor de faixa estreita empregando diodo varicap com a pratica.

Faremos a transmissão e a recepção do sinal empregando o módulo receptor de FM.

Execução

01. Conecte os bornes vermelhos +Vcc (+12V) e preto GND, da Fonte de Alimentação Simétrica (Módulo 11) aos bornes de mesma cor do Amplificador de Áudio (Módulo 17), bornes J2 e GND respectivamente.

02. Conecte os bornes vermelhos +Vcc (+12V) e preto GND, da Fonte de Alimentação Simétrica (Módulo 11), aos bornes de mesma cor do Receptor de FM (Módulo 18), bornes J5 e J3 respectivamente.

03. Conecte um “jumper” entre os bornes A e B, no coletor do transistor Q3 do Amplificador de Áudio (Módulo17).

04. Conecte o alto falante na saída do Amplificador de Áudio (Módulo 17), aos bornes identificados como Alto Falante e GND.

05. Posicione o potenciômetro da entrada P1, do Amplificador de Áudio (Módulo 17), no meio do seu curso.

06. Conecte ao borne indicado como J1 do Receptor de FM (Módulo 18) um cabo banana de 25 que funcionará como antena.

07. Conecte a saída de áudio, borne J4 Receptor de FM (Módulo 18), ao borne J1 Amplificador de Áudio (Módulo 17).

08. Mantenha o volume do receptor baixo a ponto de não incomodar os vizinhos da bancada.

09. Sintonize algumas estações de rádio. Mantenha o potenciômetro de sintonia P1 totalmente no sentido anti-horário e vai girando até sintonizar uma estação qualquer.

10. Conecte os bornes vermelhos +Vcc (+12V) e preto GND, da Fonte de Alimentação Simétrica (Módulo 11) aos bornes de mesma cor do Transmissor de FM (Módulo 16).

11. Conecte a antena telescópica que acompanha o kit didático ao borne J1 do Transmissor de FM (Módulo 16).

12. Conecte o microfone dinâmico aos bornes indicados como Entrada 1 e GND do Transmissor de FM (Módulo 16).

13. Conecte o jumper entre os bornes J3 e J4 localizados sobre o capacitor C21 do Transmissor de FM (Módulo 16).

14. Ajuste o potenciômetro P1 do Transmissor de FM (Módulo 16) no meio de seu curso.



15. Mantenha o microfone distante do alto-falante para evitar microfonia.

16. Sintonize o sinal do Transmissor de FM (Módulo 16) no Receptor de FM (Módulo 18); ajuste o índice de modulação no potenciômetro P1 e P3 do Transmissor de FM (Módulo 16) até obter o máxima amplitude de sinal, sem distorção na saída do receptor.

17. Estabeleça a comunicação com os colegas de bancadas variando a sintonia do Receptor de FM (Módulo 18), variando a posição do potenciômetro P1 até conseguir captar o sinal de áudio gerado no eletreto do módulo transmissor.

18. Das observações feitas durante a experiência, faça um comentário sobre os resultados do experimento.

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Módulo 16 – Transmissão em freqüência ModuladaMódulo 16 – Transmissão em freqüência Modulada




MÓDULO 17 – AMPLIFICADOR DE ÁUDIO

Amplificador de áudio

Amplificador de Áudio com Par Complementar

Objetivos


1 – Conhecer o circuito amplificador transistorizado com par complementar NPN e PNP. 2 – Analisar experimentalmente o funcionamento de um amplificador de áudio

Material Utilizado

Módulo 17 – Amplificador de Áudio Módulo 01 – Gerador de Funções Módulo 11 – Fonte de Alimentação Simétrica Osciloscópio


1 – “Jumper” 1 – Alto – falante 1 – Capacitor de 100 nF

Introdução

Amplificador experimental

Na figura 1 temos um circuito amplificador de áudio transistorizado com para complementar NPN e PNP.



Figura 1

O amplificador está configurado como classe AB, esta configuração é formada pelos transistores Q3 e Q4, par complementar.

A polarização da base do transistor Q1 determina a simetria da tensão nos emissores dos transistores Q3 e Q4, sendo, aproximadamente, a metade do valor da tensão de alimentação.

O capacitor C3 possui a função de filtro de desacoplamento do sinal alternado presente na linha de alimentação do circuito.

O capacitor C5 possui a função de desacoplamento do sinal de realimentação negativa de áudio, que flui do resistor R7 para o emissor do transistor Q1. O valor do resistor R6 determina a resposta de freqüência do amplificador, e também o ganho de amplificação do circuito.

O transistor Q1 opera em classe A, e irá amplificar o sinal sem distorção. O sinal obtido no coletor do transistor Q1 estará defasado de 180°.

O segundo transistor Q2 também opera em classe A, (amplifica os sinais correntes) que são aplicados aos transistores de potência.

Um dos transistores amplifica o semiciclo positivo e o outro amplifica o semiciclo negativo do sinal de áudio.

Quando o sinal no coletor de Q2 for aplicado um semiciclo positivo, o transistor Q4 (PNP) estará cortado e o transistor Q3 conduzindo, carregando o capacitor C7. conseqüentemente, uma corrente fluirá pelo alto-falante, reproduzindo o semiciclo positivo.

No semiciclo negativo, o transistor Q3 estará cortado e o transistor Q4 conduzindo; o capacitor C7 que se carregou no primeiro semiciclo, irá se descarregar através do transistor T4. Uma corrente fluirá pelo auto falante, reproduzindo o semiciclo negativo.

Os diodos D1 e D2 serve para produzir a tensão de 1,4V entre as bases dos transistores de saída para o ajuste de cruzamento do sinal positivo e negativo. Como a junção da base inicia a



condução a partir de 0,5V, produz uma distorção no sinal de saída para os sinais pequenos. Esta distorção é denominada de “Cross Over”.

O potenciômetro P2 serve para ajustar a corrente mínima de condução dos transistores de saída e eliminar o efeito da distorção de cruzamento de amplificação dos amplificadores classe AB.



Metodologia

Nesta experiência será observado o efeito de “cross over” de amplificação aplicando um sinal senoidal com auxílio de um Gerador de Funções (Módulo 01) e osciloscópio, assim como ajuste de corrente de repouso de um amplificador”.

Execução

01. Conecte os bornes vermelhos +Vcc (+12V), verde –Vcc (-12V), e preto GND, da Fonte de Alimentação Simétrica (Módulo 11) aos bornes de mesma cor do Gerador de Funções (Módulo 01).



02. Conecte os bornes vermelhos +Vcc (+12V) e preto GND, da Fonte de Alimentação Simétrica (Módulo 11) aos bornes de mesma cor do Amplificador de Áudio (Módulo 17).

03. Conecte um “jumper” entre os bornes A e B, no coletor do transistor Q3 do Módulo 17, Amplificador de Áudio.

04. Conecte um alto falante na saída do Amplificador de Áudio (Módulo 17), aos bornes identificados como Alto Falante e GND.

05. Posicione o potenciômetro P1 da entrada do Amplificador de Áudio (Módulo 17) totalmente no sentido anti-horário.

06. Posicione a chave S1 do Gerador de Funções (Módulo 01) para a indicação Baixa Freqüência.

07. Utilizando o canal 1 do osciloscópio ajuste a saída senoidal do Gerador de Funções (Módulo 01) para termos um sinal com amplitude de 100 mVpp, variando o potenciômetro indicado por Amplitude Senoide e freqüência de 1 kHz, ajustada através do potenciômetro indicada Freqüência.

08. Conecte o canal 1 do osciloscópio na saída do Amplificador de Áudio (Módulo 17), borne J3.

09. Posicione o potenciômetro P2 para a máxima resistência, mova o cursor para a máxima posição no sentido horário.

10. Aumente a amplitude do sinal de entrada ajustando o potenciômetro P1 do Amplificador de Áudio (Módulo 17), e observe a forma de onda de saída.



11. Desenhe no quadro a seguir o efeito “cross over” ou seja, o efeito de cruzamento do sinal, na coincidência do ponto de corte dos dois transistores de saída.

12. Retire o “jumper” entre os bornes A e B e conecte um miliamperímetro. Fique atento para conectar o miliamperímetro com as polaridades correta, ou seja, o terminal positivo do miliamperímetro no borne A e o terminal negativo no borne B.

13. Ajuste o potenciômetro P2 do Amplificador de Áudio (Módulo 17) até que desapareça o efeito de cruzamento do sinal de áudio na saída.

14. Ajuste o potenciômetro P2 até obter uma corrente de aproximadamente entre 10 a 15mA. Observe o aumento da corrente no miliamperímetro..

15. Com as observações feitas no Amplificador de Áudio (Módulo 17), utilize o espaço abaixo para suas conclusões.

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Módulo 17 – Amplificador de ÁudioMódulo 17 – Amplificador de Áudio



Módulo 18 – Receptor de FM com Diodo Varicap

MÓDULO 18 – RECEPTOR DE FM COM DIODO VARICAP

Receptor de FM Experimental

Receptor Super-heteródino de FM

Objetivos


1 – Conhecer o funcionamento de um receptor super-heteródino de FM e seus Módulos.

Material Utilizado

Módulo 17 – Amplificador de Áudio. Módulo 18– Receptor de FM com Diodo Varicap Módulo 16– Transmissor de FM Módulo 11 – Fonte de Alimentação Simétrica Osciloscópio

Introdução

A vantagem de transmitir informações em FM comparada com AM é a imunidade à ruídos. Num sistema de AM, as interferências produzidas pelas escovas de motores de aparelhos eletrodomésticos, ignições eletrônicas de sistemas automotivos, condições atmosféricas como raios e outras fontes geradoras de ruídos elétricos interferem consideravelmente na informação transmitida neste sistema.

Estas interferências elétricas são apresentadas em sinais elétricos de variações na amplitude e misturam com a modulação de sistema em AM.

O sistema de modulação em FM, as interferências em amplitude pouco são a sua influência na alteração da informação.

Uma outra vantagem do sistema de modulação em FM é a largura da faixa empregada para a transmissão dos sinais de informações que é muito maior do que a de AM.

A largura de faixa de transmissão em AM é de 10 kHz e que possibilita a transmissão no máximo de 3,5 kHz do sinal de áudio. Na figura 1 é mostrada a banda de passagem de AM.



Figura 1

Da faixa de passagem de AM de 10 khz tem 1,5 kHz de segurança, portanto restando apenas 7 kHz de faixa permitida.

Entretanto numa modulação de AM, para transmitir uma informação necessita do dobro da banda passante, logo só se pode transmitir um sinal de no máximo de 3,5 kHz dentro de uma faixa de passagem de 10 kHz.

Como o sinal de áudio está compreendido entre 20Hz a 15 kHz, numa transmissão em AM não apresenta fidelidade na reprodução do sinal de informação.

A largura de faixa de passagem de FM é de 200 kHz, que permite uma faixa de passagem efetiva de 75 kHz, o que possibilita a transmissão de sinal de alta fidelidade e transmissão de sinais multiplexados dentro dessa faixa. Na figura2 temos o gráfico da faixa de passagem de FM.

Figura 2

O circuito receptor de FM não difere muito a de AM. Na figura 3 é apresentado um diagrama em blocos do receptor.

Figura 3

O projeto experimental deste sintonizador de FM foi feito com idéia de levar os conhecimentos básicos de funcionamento de um rádio receptor super-heteródino. A sintonia é feita com a utilização de diodo varicap e transistores bipolares na etapa misturadora e osciladora e circuito integrado na etapa de F.I. e detector de FM.



Diodo Varicap

Atualmente a tecnologia proporciona a maior miniaturização de circuitos e levam a soluções de componentes de funcionamento eletrônico ao invés de mecânicos.

Varicaps são diodos fabricados especialmente para aproveitar a capacitância formada entre a barreira de potencial da junção do diodo. O diodo varicap opera de modo reverso, nos quais a capacitância da junção é variada em função da tensão de polarização.

Símbolo do diodo varicap

Um diodo polarizado diretamente também pode apresentar capacitância, normalmente essa capacitância é muito maior do que a reversa pode chegar a dezenas de picofarads. A variação da capacitância não é linear em função da variação da tensão aplicada.

As junções dos transistores bipolares também apresentam capacitância residual e podem operar como varicaps.

O circuito sintonizado (circuito de antena e oscilador local do receptor) é necessário variar a capacitância ou a indutância; isto era feito mecanicamente (capacitor variável duplo), com o surgimento dos diodos varicaps, a sintonia é eletrônica e não mais a mecânica.

A capacitância varia em função da tensão DC.

Na figura 4 está mostrados o circuito do receptor experimental de FM com diodo varicap.

Figura 4



O circuito de sintonia é constituído pelo indutor L3, pelo capacitor trimer Ct2 de ajuste e o conjunto C4 e D1 (diodo varicap).

O transistor Q1 funciona como amplificador de R.F. e conversor de freqüência. O segundo transistor Q2 funciona como oscilador local, cujo circuito de sintonia também funciona com diodo varicap (D2).

A seleção do canal de F.I. é feita por duas bobinas sintonizadas em 10,7Mhz (FI1 e FI2).

O sinal de F.I. é proveniente do estágio conversor e amplificador (Q1) sendo sintonizado pela bobina de FI1.

O sinal de F.I. da segunda bobina é captado da FI1 por um acoplamento frouxo, ou seja, uma bobina distanciada do outro que permite uma boa sintonia do sinal de F.I. O acoplamento frouxo do sinal de F.I. estreita a faixa de passagem e não permite a reprodução do sinal estereofônico e fica restrita na banda de áudio, uma característica de FMFE.

A amplificação do sinal de F. I. sintonizado pelas bobinas (10,7MHZ) e a limitação da modulação de AM e a demodulação do sinal de FM é feita por um circuito integrado, TBA120S.





Metodologia

Nesta experiência faremos a observação dos Módulos do circuito receptor FM

Será feita também a sintonia de algumas estações de rádio desta faixa.

Faremos também a sintonia do sinal proveniente de um transmissor experimental para a realização de comunicação entre as bancadas do laboratório.

Execução

01. Conecte os bornes vermelhos +Vcc (+12V) e preto GND, da Fonte de Alimentação Simétrica (Módulo 11) aos bornes J2 e GND do Amplificador de Áudio (Módulo 11),.

02. Conecte os bornes vermelhos +Vcc (+12V) e preto GND, da Fonte de Alimentação Simétrica (Módulo 11) aos bornes J5 e J3 do Receptor de FM (Módulo 18), bornes J5 e J3.

03. Conecte um “jumper” entre os bornes A e B, no coletor do transistor Q3 do Módulo 17, Amplificador de Áudio.

04. Conecte um alto falante na saída do Amplificador de Áudio (Módulo 17), nos bornes identificados como Alto Falante e GND.

05. Posicione o potenciômetro da entrada P1do Amplificador de Áudio (Módulo 17) no meio do seu curso.

06. Conecte ao borne indicado como J1 do Receptor de FM (Módulo 18) a antena telescópica que acompanha o conjunto didático.

07. Conecte a saída do Receptor de FM (Módulo 18), o borne J4, indicado como saída de áudio ao borne J1 do Módulo 17 – Amplificador de Áudio.

08. Mantenha o volume do receptor baixo a ponto de não incomodar os vizinhos da bancada.

09. Sintonize algumas estações de rádio. Mantenha o potenciômetro de sintonia P1 totalmente no sentido anti-horário e vai girando até sintonizar uma estação qualquer.

10. Ouça a estação sintonizada, identifique-a e anote a seguir a freqüência desta estação.

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11. Gire o potenciômetro de sintonia no sentido horário até sintonizar a última estação de rádio e anote a seguir.

12. Ouça a estação sintonizada, identifique-a e anote a seguir a freqüência desta estação.

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13. Conecte os bornes vermelhos +Vcc (+12V) e preto GND, da Fonte de Alimentação Simétrica (Módulo 11) aos bornes de mesma cor do Transmissor de FM (Módulo 16).



14. Conecte um cabo banana-banana, de 25 cm, ao borne J1 do Transmissor de FM (Módulo 16), este cabo servirá como antena do transmissor.

15. Conecte o microfone dinâmico aos bornes indicados como Entrada 1 e GND do Transmissor de FM (Módulo 16).

16. Conecte o jumper entre os bornes localizados sobre o capacitor C21 no Transmissor de FM (Módulo 16).

17. Ajuste o potenciômetro P1 do Transmissor de FM (Módulo 16) no meio de seu curso.

18. Mantenha o microfone distante do alto-falante para evitar microfonia.

19. Estabeleça a comunicação com os colegas de bancadas variando a sintonia do Receptor de FM (Módulo 16), variando a posição do potenciômetro P1 até conseguir captar o sinal de áudio gerado no microfone do módulo transmissor.

20. Das observações feitas durante a experiência, faça um comentário sobre os resultados do experimento.

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Módulo 18 – Receptor de FM com Diodo VaricapMódulo 18 – Receptor de FM com Diodo Varicap



Módulo 19 – Modulação por Largura de Pulsos – PWM

MÓDULO 19 – MODULAÇÃO POR LARGURA DE PULSOS – PWM

Modulador PWM (Pulse Width Modulation)

Objetivos


1 – Verificar o funcionamento de um circuito modulador por largura de pulsos – PWM. 2 – Analisar experimentalmente as formas de ondas em um circuito modulador PWM.

Material Utilizado

Módulo 19 – Modulação PWM Módulo 11 – Fonte de Alimentação Simétrica Módulo 01– Gerador de Funções Osciloscópio de duplo traço


Capacitores de 47nF, 10 nF, 100nF e 1 µF

Introdução

O princípio de funcionamento de um modulador em largura de pulso consiste na conversão da variação da amplitude de um sinal em variação do espaço de tempo ocorrido entre dois eventos.

O circuito constituído pelo CI1 funciona como integrador que transforma a portadora de onda quadrada aplicada na entrada 1 em uma onda triangular que acoplado à entrada inversora do CI3 que funciona como comparador de nível DC com o sinal triangular produzindo a onda pulsada.

Os circuitos moduladores de PWM são largamente utilizados na eletrônica industriais. Em fontes chaveadas, controle de velocidade de motores e nas telecomunicações.

Na figura 1 apresentamos um modulador experimental.



Figura 1


Diagramas de Montagem

Metodologia

Nesta experiência será observado o efeito da modulação da largura de pulso (PWM) em função da variação do sinal aplicado ao comparador do modulador.



Execução

01. Conecte o capacitor C1= 47nF, que está fixado em placa de montagem, em seus respectivos bornes (Marfim) no Modulador PWM (Módulo 19).

02. Conecte os bornes vermelhos +Vcc (+12V), verde –Vcc (-12V), e preto GND, da Fonte Alimentação Simétrica (Módulo 11), aos bornes de mesma cor do Gerador de Funções (Módulo 01) e Modulador PWM (Módulo 19).

03. Conecte o canal 1 do osciloscópio na saída do Gerador de Onda Quadrada (Módulo 19).

04. Ajuste a freqüência do Gerador de Onda Quadrada (Módulo 19) para aproximadamente 500 Hz e máxima amplitude.

05. Conecte a saída do Gerador de Onda Quadrada (Módulo 19) na entrada 1 do Modulador de PWM (Módulo 19), borne designado como Ent.1.

06. Conecte o canal 1 do osciloscópio (modo DC) na saída do integrador, borne designado como SAÍDA PWM e observe a forma de onda neste ponto.

07. Desenhe no quadro a seguir a forma de onda no borne SAÍDA PWM.

08. Ajuste o potenciômetro P1, do |Modulador PWM (Módulo 19), até obter uma forma de onda dente de serra na saída do Integrador.

09. Gire o potenciômetro P1 levemente ajustando o sinal dente de serra de maneira que o pico negativo localize-se no nível zero da tensão CC de saída.



10. Comentando os resultados Obtidos pelo ajuste do potenciômetro P1.

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11. Desenhe no quadro a seguir a forma de onda no borne de entrada designado Ent.1.



12. Conecte o canal 1 do osciloscópio no borne denominado SAIDA PWM do Modulador PWM (Módulo 19) e ajuste o potenciômetro P3 até obter uma onda pulsada com duty-cicle de 50%.Desenhe no quadro a seguir a forma de onda observada.

13. Observe a variação do ciclo de trabalho (duty cicle) entre 20% à 80% movendo lentamente o potenciômetro P3 do Modulador PWM (Módulo 19). Se o ajuste do P3 não for o suficiente, faça um ajuste fino com potenciômetro P1 ligado à entrada positiva do comparador.

14. Posicione a chave S1 para Baixa Freqüência do Modulo 1 – Gerador de funções.

15. Utilizando o canal 1 do osciloscópio ajuste a saída senoidal do Gerador de Funções (Módulo 01) variando o potenciômetro indicado por Freqüência, para obtermos uma freqüência de 5 à 10Hz.

16. Conecte a saída senoidal do Gerador de Funções (Módulo 01) ao borne designado como Entrada 2 do Modulador PWM (Módulo 19).

17. Conecte o canal 1 do osciloscópio ao borne SAÍDA PWM do Modulador PWM (Módulo 19).

18. Ajuste a amplitude do sinal de saída senoidal do Gerador de Funções (Módulo 01) até visualizar na tela do osciloscópio o efeito da variação do ciclo de trabalho de aproximadamente20% a 80%.



19. Comente o efeito da modulação por largura de pulsos em função do sinal senoidal de baixa freqüência aplicado na entrada de ajuste DC do modulador PWM.

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Módulo 19 – Modulação por Largura de Pulsos – PWMMódulo 19 – Modulação por Largura de Pulsos – PWM



Módulo 20 – Modulação e Demodulação por PLL

MÓDULO 20 – MODULAÇÃO E DEMODULAÇÃO POR PLL

Sistema de modulação e demodulação por CI 4046

Modulação e Demodulação por PLL

Objetivos


1 – Conhecer os circuitos osciladores controlados por tensão. 2 – Analisar o funcionamento de um modulador/demodulador com circuito integrado PLL.

Material Utilizado

Módulo 20 – Modulação e Demodulação PLL Módulo 11 – Fonte de Alimentação Simétrica Módulo 01– Gerador de Funções Osciloscópio de duplo traço


Capacitores: C2, C3 = 1nF; C5,C7, C8 = 10nF, Capacitores de 10nF e 100 nF para o Gerador de Funções Resistor: R5 = 47kΩ.

Introdução

O C.I. 4046 é um circuito integrado monolítico destinado para o uso em diversas aplicações, como citamos nos exemplos a seguir:

Demodulador de sinais FM Sintetizador de freqüência detector de fase Conversor de tensão para freqüência Decodificador de tom Modulador FSK Controle para velocidade de motores em corrente contínua

Este C.I., também possui um circuito oscilador controlado por tensão, denominado VCO, que pode operar em circuitos na freqüência de até 1,3 MHZ. Sua alimentação típica é de 3,0V à 18V, e a estabilidade da freqüência do VCO e de aproximadamente de 1%.

Na figura 1 é apresentado o diagrama em blocos do CI 4046.




Diagramas de Montagem

Onda Senoidal



Onda Triangular

Onda Quadrada



Metodologia

Nesta experiência, será observada a variação da freqüência em função da variação da tensão do VCO. Será aplicado na entrada do VCO, um sinal de áudio e será observada a sua modulação em freqüência.

Será feita na última etapa desta experiência, a demodulação do sinal modulado pelo circuito de travamento de fase (PLL) empregando uma configuração demoduladora de freqüência.

Execução

Etapa Moduladora

01. Conecte o capacitor C2=1 nF, Em seus respectivos bornes metálicos de fixação , no Modulador PLL (Módulo 20).

02. Conecte os bornes vermelhos +Vcc (+12V), verde –Vcc (-12V), e preto GND, da Fonte Alimentação Simétrica (Módulo 11) aos seus respectivos bornes do Gerador de Funções (Módulo 01); ao Módulo 20, conectar somente de alimentação positiva de +12V e o GND.

03. Conecte o canal 1 do osciloscópio ao borne amarelo de saída (Saída 1),do Modulador PLL (Módulo 20) e observe a forma de onda obtida (Onda quadrada simétrica).

04. Gire o potenciômetro P1, que está localizado Modulador PLL (Módulo 20), levemente observando a variação da freqüência do VCO. Gire o potenciômetro totalmente para o sentido anti-horário é anote a freqüência do sinal visualizado no osciloscópio.

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05. Repita o item anterior girando o potenciômetro totalmente no sentido horário é anote a freqüência do sinal visualizado no osciloscópio.

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6. Ajuste o potenciômetro P1, colocando-o na metade do seu curso. Ajuste a base de tempo do osciloscópio (time/div), para um valor que possa visualizar um ciclo do sinal de onda quadrada do VCO (saída 1) e desenhe a forma de onda no quadro a seguir:

07. Posicione o cursor do potenciômetro P3 do Modulador PLL (Módulo 20) no sentido anti-horário, ou seja, no mínimo de sinal de entrada. Conecte o Gerador de Funções (Módulo 01), aplicando um sinal de 5Hz e 5Vpp senoidal no borne azul de entrada (entrada 1), do Modulador PLL (Módulo 20).

08. Ajuste novamente o potenciômetro P3, aumentando o sinal aplicado na entrada do modulador, até que se observe o efeito da variação da freqüência do VCO (FM). Mantenha o nível de amplitude do sinal de áudio e altere a freqüência do mesmo sinal, e observe cuidadosamente o período do sinal modulado em freqüência.

09. Escreva no espaço a seguir suas observação em relação ao aumento da amplitude do sinal e o aumento da freqüência aplicada no circuito oscilador (VCO).

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Etapa Demoduladora de FM ou Fase

10. Conecte os seguintes componentes nos bornes metálicos de fixação na placa de montagem, no Demodulador PLL (Módulo 20).

C3 = 1nF C5, C7, C8 = 10nF R5 = 47kΩ

11. Mantenha a freqüência de oscilação da entrada VCO do circuito modulador, aproximadamente pela metade do valor da freqüência de ajuste do potenciômetro P1 e anote a freqüência de oscilação.

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12. Conecte o canal 1 do osciloscópio ao borne amarelo de saída do VCO do Demodulador PLL (Módulo 20) e ajuste o potenciômetro P2 até obter a mesma freqüência na saída do Modulador.

13. Conecte o borne amarelo de saída (saída 1) do modulador, ao borne azul de entrada (entrada 2) do Demodulador PLL (Módulo 20). Conecte o canal 1 do osciloscópio ao borne amarelo de saída do VCO do Demodulador PLL (Módulo 20), altere levemente a freqüência do modulador, com o auxílio do potenciômetro P1, e verifique o travamento de fase do circuito demodulador.

Observação: O efeito de travamento de fase do oscilador do demodulador se observa quando variamos a freqüência do sinal aplicado na entrada (pino 14), a freqüência do VCO também varia na mesma cadência.

14. Desconecte o sinal de áudio aplicado no borne azul de entrada do modulador (Ent. 1).

15. Conecte a ponta do osciloscópio (modo DC) no borne amarelo de saída do demodulador (Saída 2), e ajuste levemente a freqüência do VCO do demodulador com o auxílio potenciômetro P2 e observe a variação de tensão DC de saída do demodulador e registre a tensão mínima e máxima.

Tensão de saída mínima: ______________V Tensão de saída máxima: ______________V

16. Ajuste o potenciômetro P2 do circuito demodulador PLL, até obter no borne amarelo de saída a metade da tensão (entre a mínima e máxima registrada no item 15).

17. Selecione a chave S1 para a posição Baixa Freqüência do Gerador de Funções - Módulo 01.

18. Utilizando o canal 1 do osciloscópio ajuste a saída senoidal do Gerador de Funções (Módulo 01) para termos um sinal com amplitude entre 2,5 Vpp, variando o potenciômetro indicado por Amplitude Senoide; e com freqüência de 1 kHz, ajustada através do potenciômetro indicada Freqüência.



19. Aplique o sinal de áudio senoidal de 1 kHz do Gerador de Funções (Módulo 01) ao borne azul de entrada (Ent. 1) do Modulador PLL (Módulo 20) e observe a forma de onda reproduzida no borne amarelo de saída (Saída 2) do Demodulador PLL (Módulo 20). Se o sinal demodulado apresentar distorção na forma de onda, ajuste o índice de modulação do Modulador de tal forma a obter uma forma de onda sem distorção na saída 2 (ajuste a modulação através do potenciômetro P1 do Modulador).

20. Desenhe no quadro a seguir a forma de onda presente no borne azul de entrada (Entrada 2).



21. Desenhe no quadro a seguir a forma de onda modulada presente no borne amarelo de saída (Saída 2).

22. Altere a freqüência do sinal de áudio do Gerador de Funções (Módulo 01) para 250Hz e

observe a demodulação aplicando ao demodulador sinal com formas de onda senoidal, triangular e quadrada. Observe também a forma de onda do sinal no borne azul de entrada (entrada 2) do demodulador para cada um dos sinais de entrada.

23. Comente os resultados obtidos para os diversos tipos de sinais de entrada.

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24. Com o Gerador de Funções (Módulo 01), aplique uma forma de onda senoidal no borne azul de entrada (Ent. 1) do modulador, varie a freqüência do sinal com o auxílio do potenciômetro P1.

25. Selecione a chave S1 para a posição indicada Alta Freqüência do Gerador de funções se for necessário obter freqüências mais altas.

26. Determine a resposta de freqüência do demodulador.

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(freqüência de corte = 0,707 x a tensão máxima do sinal de saída do demodulador)

25.Descreva o funcionamento de um sistema PLL de modulação e demodulção.

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Telecomunicações Práticas V0206

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