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7/24/2019 [Cliqueapostilas.com.Br] Kit Didatico de Telecomunicacoes

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Kit Didtico de

Telecomunicaes

Prtica


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ndice

Mdulo 01....................................................................................................... 1

Conhecendo o Conjunto Didtico de Telecomunicaes.................................................................. 3

Anlise dos Mdulos de Ensaios.................................................................................................. 3

Mdulo 02 Experincia 01 .......................................................................... 11

Mdulo 02 Filtro Ativo e Passivo Passa-Faixa ............................................................................. 13

Anlise da Curva de Resposta de um Filtro Ativo Passa-Faixa ....Erro! Indicador no definido.


Mdulo 02 Filtro Ativo e Passivo Passa-Faixa ............................................................................. 27

Anlise da Curva de Resposta de um Filtro Ativo Passa-Faixa Projetado ................................. 27


Mdulo 02 Filtro Ativo Rejeita-Faixa (VCVS) ............................................................................... 41

Anlise de composio de sinais Verificao do Funcionamento de Filtros Ativos RejeitaFaixa...........................................................................................................................................41


Mdulo 02 Filtro Ativo Rejeita-Faixa (VCVS) ............................................................................... 55

Anlise de composio de sinais Verificao do Funcionamento de Filtros Ativos RejeitaFaixa Projetado...........................................................................................................................55


Mdulo 02 Srie de Fourier.......................................................................................................... 65

Anlise de composio de sinais................................................................................................ 65


Mdulo 03 Receptor Super-Heterdino........................................................................................ 77

Calibrao do Receptor Experimental de Ondas Mdias...........................................................77

KIT DIDTICO DE TELECOMUNICAES i


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Mdulo 03 Experincia 02...........................................................................83

Mdulo 03 Receptor Super-Heterdino........................................................................................85

Receptor de AM-DSB experimental de Ondas Mdias...............................................................85

Mdulo 04 Experincia 01...........................................................................93

Mdulo 04 Gerador de Rdio Freqncia para Ondas Mdias....................................................95

Calibrao do Gerador de Rdio Freqncia .............................................................................95

Mdulo 05 Experincia 01.........................................................................103Mdulo 05 Modulador de AM-DSB.............................................................................................105

Sistema de Modulao de AM-DSB .........................................................................................105

Mdulo 05 Experincia 02.........................................................................114

Mdulo 05 Demodulador de envoltria diodo..........................................................................116

Demodulador de AM-DSB ........................................................................................................116


Mdulo 05 Modulador AM-DSB S/C...........................................................................................128

Demodulador de AM-DSB ........................................................................................................128


Mdulo 06 Equalizador de udio................................................................................................138

Filtros Ativos Passa-Faixa (MFB) .............................................................................................138


Mdulo 07 Modulao PAM ....................................................................................................... 154

Modulao de sinais por amostragem......................................................................................154

Mdulos 08 e 09 Experincia 01...............................................................160

Mdulos 08 e 09 Multiplexao-Demultiplexao ...................................................................... 162Anlise de composio de sinais..............................................................................................162

ii KIT DIDTICO DE TELECOMUNICAES


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Mdulo 10 Experincia 01 ........................................................................ 170

Mdulo 10 Conversores D/A A/D ............................................................................................... 172

Converso de Sinal Digital para Analgico .............................................................................. 172


Mdulo 10 Conversores D/A A/D ............................................................................................... 180

Anlise de composio de sinais.............................................................................................. 180


Mdulo 12 Modulador PCM........................................................................................................ 188


Mdulos 12 e 13 Experincia 01 .............................................................. 196

Mdulos 12 e 13 Modulador e Demodulador PCM .................................................................... 198



Mdulo 13 Demodulador PCM................................................................................................... 204



Mdulo 14 Osciladores............................................................................................................... 210Osciladores harmnicos ........................................................................................................... 210


Mdulo 15 Modulao e Demodulao FM Digital..................................................................... 222

Sistema de modulao e demodulao por um astvel...........................................................222

KIT DIDTICO DE TELECOMUNICAES iii


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Mdulo 16 Transmisso em freqncia Modulada.....................................................................235

Transmisso de FM de faixa estreita (FMFE) com diodo varicap ............................................235


Mdulo 17 Amplificador de udio...............................................................................................243

Amplificador de udio ...............................................................................................................243

Mdulo 18 Experincia 01.........................................................................249Mdulo 18 Receptor de FM com Diodo Varicap.........................................................................251

Receptor de FM Experimental ..................................................................................................251


Mdulo 19 Modulao por Largura de Pulsos PWM ............................................................... 259

Modulador PWM (Pulse Width Modulation)..............................................................................259


Mdulo 20 Modulao e Demodulao por PLL ........................................................................ 267

Sistema de modulao e demodulao por CI 4046................................................................267

iv KIT DIDTICO DE TELECOMUNICAES


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Mdulo 01

KIT DIDTICO DE TELECOMUNICAES 1


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Conhecendo o Conjunto Didtico de TelecomunicaesConhecendo o Conjunto Didtico de Telecomunicaes

2 KIT DIDTICO DE TELECOMUNICAES2 KIT DIDTICO DE TELECOMUNICAES


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Conhecendo o Conjunto Didtico de Telecomunicaes

CONHECENDO O CONJUNTO DIDTICO DE

TELECOMUNICAES

Anlise dos Mdulos de Ensaios

Objetivos

Aps completar este ensaio voc dever ser capaz de:

1 Reconhecer os diversos Mdulos de ensaios, identificando suas aplicaes.2 Reconhecer os diversos tipos de modulao e demodulao, digitais e analgicas.3 Reconhecer os diversos sistemas de filtros.4 Reconhecer os diversos Mdulos bsicos para montagens e calibraes.

Material do Conjunto Didtico

Mdulo 01 Gerador de Funes Mdulo 02 Filtros Ativos e Passivos Mdulo 03 Rdio de Ondas Mdias Mdulo 04 Gerador de Rdio Freqncia Mdulo 05 Modulao e Demodulao AM-DSB

Mdulo 06 Equalizador Filtros Ativos Mdulo 07 Modulao PAM Mdulo 08 Multiplexador Mdulo 09 Demultiplexador Mdulo 10 Conversores A/D e D/A Mdulo 11 Fonte de Alimentao Simtrica Mdulo 12 Modulao PCM Mdulo 13 Demodulao PCM Mdulo 14 Osciladores Mdulo 15 Modulao e Demodulao FM Digital Mdulo 16 Transmissor de FM Mdulo 17 Amplificador de udio

Mdulo 18 Receptor de FM Mdulo 19 Modulao PWM Mdulo 20 Modulao e Demodulao PLL

Componentes Extras

Alm dos Mdulos de ensaios, nosso conjunto didtico apresenta vrios componentes dispostosem bases de montagem, para serem utilizados nos Experimentos.

Estes componentes so elementos passivos, como resistores, capacitores e indutores, os quaisconectados aos pontos dos circuitos alteram o funcionamento dos mesmos, ajustando a

polarizao e a freqncia de oscilao dos diversos Mdulos.



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Introduo Terica

Classificao dos Mdulos por Funcionalidade

Mdulos Acessrios:

Dentre os vinte Mdulos, trs deles so considerados Mdulos de apoio ou de calibrao, soeles: Mdulos: 01 Gerador de Funes, 04 Gerador de Rdio Freqncia e 11 Fontes deAlimentao.

Estes Mdulos de apoio sero sempre utilizados em nossas montagens, pois so responsveispela gerao dos sinais DC e AC necessrios ao funcionamento de todos os outros Mdulos.

Mdulos Bsicos:

Os Mdulos 02 Filtros Ativos e Passivos e 14 Osciladores so considerados Mdulos bsicos,pois abordam conceitos fundamentais aos sistemas de rdio freqncia, tais como ressonncia,composio de reatncias, oscilao, composio e decomposio de sinais.

Mdulos de Tratamento de Sinais:

Os Mdulos 06 Equalizador, 10 Conversores A/D e D/A e 17 Amplificador de udio soconsiderados Mdulos de tratamento de sinais, pois esto relacionados a adequao de sinais a

serem modulados ou que resultem de um processo de demodulao, amplamente utilizados emsistemas de telecomunicaes.

Mdulos Avanados:

Os Mdulos 05 Modulao e Demodulao AM-DSB, 07 Modulao PAM, 08 Multiplexador,09 Demultiplexador, 12 Modulao PCM, 13 Demodulao PCM, 15 Modulao eDemodulao FM Digital, 19 Modulao PWM e 20 Modulao e Demodulao PLL soconsiderados Mdulos avanados, pois abordam conceitos como modulao e demodulaoanalgica de sinais e modulao e demodulao digital de sinais.

Mdulos de Aplicaes:

Os Mdulos 03 Rdio de Ondas Mdias, 16 Transmissor de FM e 18 Receptor de FM soconsiderados Mdulos de aplicaes, pois esto relacionados transmisso e recepo de sinais.

Conhecendo-se com os Mdulos

Codificao dos Bornes de Ligao:

Todos os Mdulos apresentam bornes que permitem interligar os diferentes Mdulos. Assim comoinserir componentes que alteram o comportamento funcional do circuito.

4 KIT DIDTICO DE TELECOMUNICAES


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Para facilitar as conexes estabelecemos um cdigo de cores para os bornes que segue aseguinte definio:

Bornes de Cor Marfim: utilizados para conexo dos componentes externos, pontos detestes e medies.

Bornes de Cor Preta: utilizados como referncia (GND) para medida de tensoeltrica.

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

Verificando o Funcionamento dos Mdulos:

Mdulo 01 Gerador de Funes

Este Mdulo consiste de um gerador de sinais com trs formas de ondas diferentes (quadrada,triangular e senoidal) e simultneas.

Este gerador baseia-se no Circuito Integrado 8038 que gera simultaneamente as trs formas deonda de mesma freqncia. No gerador utilizamos ainda o circuito integrado LM358 comoamplificador para o sinal de sada.

O ajuste da freqncia dos sinais gerados feito utilizando-se o potencimetro P1: a ausncia deum indicador de freqncia, torna necessrio que a cada ajuste de sinal, faamos sua leitura, noborne correspondente, com um osciloscpio.

O ajuste da amplitude dos sinais feito pelos potencimetros P3 e P4 que apresentam o mesmoeixo. Este potencimetro duplo funciona em ponte para ajustar o ganho do amplificador dos sinaisgerados.

Mdulo 02 Filtros Ativos e Passivos

Este Mdulo consiste de trs circuitos de filtro. Dois destes circuitos so denominados filtrosativos, pois apresentam como componente principal, um circuito integrado AmplificadorOperacional; o outro circuito um filtro passivo formado por uma associao paralelo a umcapacitor e um indutor.

Este Mdulo apresenta duas caractersticas interessantes; uma delas que todos oscomponentes passivos, resistores, capacitores e indutores, utilizados durante os experimentoscom filtros, so dimensionados pelo aluno, de modo a atender as caractersticas defuncionamento solicitadas. Feito o dimensionamento dos componentes, o aluno realiza amontagem dos circuitos e constata, na prtica, seu funcionamento conforme as especificaesiniciais, levando sempre em considerao alguns possveis desvios como conseqncia natural dapreciso dos componentes envolvidos na montagem.



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Uma outra caracterstica importante, diz respeito a alimentao dos filtros ativos, a qual utiliza-sede uma fonte simtrica, -12V e +12V.

Mdulo 03 Rdio de Ondas Mdias

Este Mdulo consiste num rdio receptor super-heterdino disposto de forma a permitir ensaios etestes em cada um dos Mdulos funcionais do sistema de recepo em ondas mdias.

Este Mdulo apresenta uma aplicao integrada e funcional, muito interessante, de diversossistemas de rdio transmisso, desde o circuito sintonizado, passando pelos filtros e osciladoreslocais at os detectores.

Durante os experimentos utilizando o Mdulo 03 Rdio de Ondas Mdias, conectaremos a este

o Mdulo 11 Fonte de Alimentao Simtrica e o Mdulo 17 Amplificador de udio. Sermostrado ainda o procedimento de calibrao do Mdulo 03 Rdio de Ondas Mdias, durante oqual se far uso do Mdulo 04 Gerador de Rdio Freqncia.

Mdulo 04 Gerador de Rdio Freqncia

Este Mdulo consiste de um gerador de Rdio Freqncia, no qual podemos encontrar um circuitooscilador local e um modulador.

O mdulo disponibiliza tambm um sinal com freqncia de 455 kHz utilizado para a calibrao dafreqncia intermediria FI num rdio de ondas mdias.

O ndice de modulao definido atravs do potencimetro P2, e a atenuao do sinal de RF controlada atravs do potencimetro P3.

O trimpot P1 ajusta a freqncia de um sinal de udio que ser utilizado para modular a portadora.

Mdulo 05 Modulao e Demodulao AM-DSB

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

Atravs dos potencimetros P1 e P2 fazemos o ajuste do ndice de modulao do ModuladorAM-DSB; com o potencimetro P3 ajustamos a modulao do circuito Moduladora AM-DSB/SC.

Os ensaios com este Mdulo prevem a verificao da modulao de um sinal de acordo com oajuste do ndice de modulao observando-se as caractersticas dos sinais de sada dosmoduladores AM-DSB e AM-DSB/SC.

Alm disto, poderemos observar a recuperao do sinal modulado na sada do circuitodemodulador. Assim, poderemos observar qual o melhor ndice de modulao para ascaractersticas do sinal de entrada.



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Mdulo 06 Equalizador Filtros Ativos

Este Mdulo consiste de quatro filtros ativos com a mesma configurao, e tem por objetivo, odimensionamento e a implementao de filtros de acordo com as freqncias desejadas.

Em nossos ensaios com este Mdulo chegaremos a desenvolver um sistema de equalizao desinais de udio.

Mdulo 07 Modulao PAM

Este Mdulo consiste de um circuito modulador e um circuito gerador de onda quadrada. Duranteos experimentos, estaremos desenvolvendo conceitos relacionados a um sistema demodulaoem amplitude de pulso.

O sinal de onda quadrada gerado atravs de uma configurao de polarizao do circuitointegrado 4046.

A modulao em amplitude de pulso feita atravs de uma configurao Darlington com doistransistores.

Mdulo 08 Multiplexador

Este Mdulo consiste de um gerador de onda quadrada, utilizando o circuito integrado 4060, comfreqncia de oscilao definida externamente por um RC e um multiplexador.

O circuito integrado CD 4060 responsvel por gerar tambm o sincronismo para o circuitodemultiplexador.

Este processo de multiplexao pode ser definido como modulao no tempo.

Com este mdulo podemos desenvolver ensaios verificando o processo de composio de vriossinais, sem que eles percam suas caractersticas, e em conjunto com o Mdulo 09 Demultiplexador, podemos observar como os sinais compostos retornam s suas condiesoriginais.

Mdulo 09 Demultiplexador

Este Mdulo consiste de um circuito demultiplexador, com uma entrada e oito sadas, alm deborne para entrada do sinal de sincronismo, proveniente do Mdulo 08 - Multiplexador.

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

Como na demultiplexao podemos ter at 8 sinais ao mesmo tempo, utilizamos um elemento quefunciona como Latch, Circuito Integrado 74373, o qual mantm as 8 informaes na sada docircuito at que uma nova mensagem seja recebida.

Vale ressaltar que por ser um circuito digital, a alimentao deste mdulo deve ser feita com afonte de +5V.



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Este processo de demultiplexao pode ser definido como demodulao no tempo.

Mdulo 10 Conversores A/D e D/A

Este Mdulo consiste de um conversor de sinais digitais em sinais analgicos, utilizando umaconfigurao de resistores denominada R2R, e um conversor de sinais analgicos em sinaisdigitais, utilizando um circuito integrado ADC0804.

Este processo de converso foi ajustado para limites de sinais de 0 5V, assim, a alimentaodeste mdulo deve ser feita utilizando-se a Fonte de Alimentao Simtrica de +5V. Para facilitara montagem e reduzir a possibilidade de erros, utilizamos borne de cor cinza no ponto de entradade alimentao positiva deste mdulo.

Mdulo 11 Fonte de Alimentao Simtrica

Este Mdulo consiste numa fonte de tenso simtrica de -12V e +12V e +5V fixa. Vale lembrarque durante os experimentos, os bornes pretos de todos os Mdulos utilizados devem serinterligados.

Mdulo 12 Modulao PCM

Este Mdulo consiste de um circuito modulador em cdigo de pulso, utilizado para codificar sinaisem pulsos.

Utilizamos um microcontrolador para implementar o sistema de codificao, que no caso foidesenvolvido por software. Atravs de chaves, geramos um dgito que codificado e transmitidoserialmente pelo microcontrolador.

Mdulo 13 Demodulao PCM

O Demodulador PCM consiste de uma entrada serial, que recebe o cdigo pulsadocorrespondente a um caracter e 8 sadas que so acionadas de acordo com o cdigo recebido.

Alm da entrada serial de dados, o mdulo prev uma entrada de sincronismo para ser conectada

a um modulador PCM.

Para cada uma das sadas correspondente a um cdigo temos um led e um borne que seroutilizados para leitura do cdigo recebido.

Mdulo 14 Osciladores

Este Mdulo consiste de trs das principais configuraes de osciladores desenvolvidas parasistemas de telecomunicaes.

Oscilador Colpitts, por Deslocamento de Fase e Duplo T.



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Este mdulo acompanhado de alguns componentes em placas de montagens utilizados paraconfigurar os osciladores Colpitts e por Deslocamento de Fase, de acordo com a freqncia de

oscilao desejada.

No oscilador duplo T, o potencimetro P1 define a fase da malha de realimentao, mantendo-adesbalanceada o suficiente para haver oscilao.

Cada um dos osciladores apresenta alimentao independente, ou seja, quando quisermostrabalhar com um dos osciladores devemos conectar os bornes de alimentao do oscilador Fonte de Alimentao.

Mdulo 15 Modulao e Demodulao FM Digital

Este mdulo consiste de um modulador e demodulador de FM Digital, denominado de inclinao.

O circuito modulador apresenta um borne de entrada ao qual conectamos o sinal de udio a sermodulado, dois bornes de sada, um antes do filtro sintonizado e outro depois. A finalidade observarmos o efeito do filtro no sinal modulado. O ndice de modulao ajustado atravs dopotencimetro P1.

O demodulador um circuito passivo, ou seja no precisa de alimentao DC para funcionar. Asintonia para a demodulao ajustada atravs do potencimetro P2.

Mdulo 16 Transmissor de FM

Este mdulo consiste de um circuito transmissor experimental de FM. Para modularmos um sinalde udio devemos conectar um jumper entre os bornes que esto sobre o capacitor C2. Estejumper interliga o capacitor C17 ao sinal de udio que passa pelo potencimetro P3.

Na sada antena do Mdulo 16 o transmissor de FM deve ser conectado uma antena telescpica.

Mdulo 17 Amplificador de udio

Este Mdulo consiste de um amplificador de udio, muito importante em sistemas detelecomunicaes, responsvel pelo controle da amplitude do sinal de sada.

Ao coletor do par complementar de sada devemos conectar um jumper para que a sada possaser excitada. Ao borne de sada, identificado como J4 deve ser conectado um alto-falante de baixaimpedncia que acompanha o conjunto didtico.

Mdulo 18 Receptor de FM

Eeste Mdulo consiste de um receptor de FM implementado e completamente calibrado paraoperar na faixa de 88 a 108 MHz.

Os procedimentos de calibrao j implementados sero descritos na apostila prtica porm nodesenvolvido pelos alunos treinados.



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A sada de udio do receptor de FM, identificada pelo borne J4 deve ser conectada a umamplificador de udio.

Este receptor de FM tem sua sintonia baseada em um componente que varia sua capacitncia deacordo com a tenso aplicada.

Este elemento um diodo varicap, ou uma juno de um transistor que apresenta capacitnciaparasita quando reversamente polarizado.

Mdulo 19 Modulao PWM

Neste Mdulo estaremos trabalhando com um sistema de modulao muito utilizado em sistemasde controle de servo mecanismo.

Este sistema denominado PWM Pulse Width Modulation Modulao por Largura de Pulso desenvolvido atravs de dois amplificadores operacionais configurados um como integrador e ooutro como comparador.

Modulamos a largura do pulso do sinal de sada de acordo com o sinal aplicado na entrada domodulador.

O ajuste feito pelo potencimetro P1 influncia diretamente no perodo do sinal triangular geradopelo integrador e o potencimetro P3 ajusta o nvel de tenso de comparao para o comparadorde sada.

Alm do modulador PWM este mdulo apresenta um oscilador de onda-quadrada utilizada naentrada do sistema de modulao.

Mdulo 20 Modulao e Demodulao PLL

Este Mdulo aborda um sistema de modulao e demodulao dos mais interessantesdesenvolvidos em telecomunicaes.

A fase do sinal de sada varia de acordo com o sinal aplicado a entrada. Na demodulao osistema de sintonia tenta gerar um sinal de mesma fase do sinal recebido e assim temos o quechamamos de travamento (sincronismo) do sistema e o sinal pode ser decodificado.

Neste Mdulo temos o modulador e o demodulador PLL, alm disto alguns componentesacompanham este mdulo para configurarmos o modulador e o demodulador, quanto freqnciade operao.

O controle do modulador feito atravs dos potencimetros P1 e P3 referente freqncia deentrada e de sada.

O controle do demodulador feito atravs do potencimetro P2. Toda a configurao dodemodulador feita atravs de componentes externos conectados ao circuito.

Por abordarmos assuntos to interessantes com nosso conjunto didtico, no consideramoserrado desejar aos alunos que utilizaro o equipamento um BOM TRABALHO E BOMDIVERTIMENTO!!!!



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Mdulo 02Experincia 01



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Conhecendo o Conjunto Didtico de TelecomunicaesConhecendo o Conjunto Didtico de Telecomunicaes



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Mdulo 02 Filtro Ativo e Passivo Passa-Faixa

MDULO 02 FILTRO ATIVO E PASSIVO PASSA-FAIXA

Anlise 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 comamplificadores operacionais.

2 Compreender as caractersticas de Filtros Ativos Passa-Faixa quanto s formas de ondasdos sinais de entrada e os sinais de sada.

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

4 Esboar o grfico da curva caracterstica de Filtros Ativo Passa-Faixa.

Material Utilizado

Mdulo 02 Filtros Ativos e Passivos. Mdulo 01 Gerador de Funes Mdulo 11 Fonte de Alimentao Simtrica Osciloscpio

Lista de Componentes

Resistores: R1=33k, R2=2k2, R3=120k. Capacitores: C1=C2=1nF.

Introduo

Os filtros so bastante utilizados em um grande nmero de circuitos eletrnicos, nastelecomunicaes desempenham importante funo no tratamento de sinais. Tomemos comoexemplo o MODEM (MOdulador/DEModulador) que apesar de serem circuitos digitais, utilizamfiltros como circuitos integrantes do sistema de transmisso de dados.

Os filtros eletrnicos so circuitos que servem para atenuar ou selecionar sinais eltricos de umacerta faixa de freqncia, podendo ser classificados emPassivos e Ativos.

Ambos os tipos podem se apresentar em quatro estruturas: passa-baixa (FPB), passa-alta (FPA),

passa-faixa (FPF) e rejeita-faixa (FRF).



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A configurao dos elementos que compem os filtros define a sua funcionalidade.

Projetando o Filtro Ativo Passa-Faixa (MFB) pelo mtodo prtico

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

Para um funcionamento adequado do filtro, uma das condies importantes que o fator dequalidade a ser adotado no seja superior a 10.

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

Esta a configurao bsica de um Filtro Ativo Passa-Faixa.

Figura 1

A partir das freqncias de corte, determinamos:

Freqncia de ressonncia (fo) Fator de qualidade do filtro (Q) Ganho do filtro (k) Banda passante (w)

Para determinar a freqncia de ressonncia usamos a seguinte expresso:

fcs.fcifo=

O fator de qualidade pode ser determinado pela seguinte expresso:

fcifcs

foQo

= =

BW

fo

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

2Qo.2k <



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

O valor do capacitor determinado pelo clculo deve ser aproximado aos valores dos capacitorescomerciais. O valor calculado deve atender a seguinte relao:

F10fo

10C 6=

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

CK

Q1R

o

o

=

)KQ2(C

Q2

2oo

o

=R

C

Q23

o

o

=R

Projetando o filtro

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

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

A primeira providncia determinar a freqncia de ressonncia do filtro empregando os dadosdo projeto, onde:

s/Rd653075,992114,32f2

Hz5,9921f112508750ffcfcf

0000

00si0

===

===

O fator de qualidade ,BW

fQ 00 = onde BW = fcs fciBW = 4 kHz, ou seja 2500 Hzento:

97,3QHz2500

Hz5,9921

BW

fQ 0

00 ===

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

valor calculado.

O valor do fator de qualidade interfere diretamente nos valores dos resistores a seremempregados no circuito. Na pratica, interessante que se calcule os valores dos resistoresempregando outros valores de Qo e analisando os resultados para verificar quais so oscomponentes encontrados no mercado.

O ganho do filtro :

5,31K)97,3(2KQ2K 220


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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 :

nF1C10Hz5,9921

10C10

f

10C 66

0

===

Vamos adotar C1 = C2 = 1nF

Determinando os resistores R1, R2 e R3.

Onde temos os seguintes dados:

Q0= 3.97k = 2 (adotado)0= 62307 rd/sC1 = C2 = 1nF

f0= 9921,5 Hz

Determinando R1

=

=

=

3191

0

01 108,31R

2101307.62

97,3R

CK

QR

Vamos adotar R1= 33 k(valor comercial)

Determinando R2

=

=

=

322922

00

02 1015,2R

)2)97.3(2(101307.62

97,3R

)KQ2(C

QR

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

Determinando R3

=

=

=

3393

0

03 104,127R

101307.62

97,32R

C

Q2R

Vamos adotar R3= 120 k(valor comercial)



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Procedimento Experimental

Diagrama de Montagem

Metodologia

Nesta experincia ser feito o levantamento da amplitude do sinal de sada para sinais dediversas freqncias aplicados na entrada do Filtro Ativo Passa-Faixa.

Verificaremos tambm a freqncia de ressonncia do Filtro Ativo Passa-Faixa, suas freqnciade corte inferior e superior e determinaremos a sua banda passante. Faremos ainda adecomposio dos sinais triangular e quadrado, ajustando o Filtro Ativo Passa-Faixa em suafrequncia de ressonncia.

Finalmente, com os dados obtidos, faremos o levantamento do grfico que representa a curvacaracterstica do Filtro Ativo Passa-Faixa.



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13. Conecte o canal 1 do osciloscpio ao borne de sada de sinal senoidal do Gerador deFunes (Mdulo 01) verifique o valor da freqncia.

________________________________________________________________________

14. Anote o valor da freqncia de ressonncia do filtro na coluna foda tabela 1.

15. Gire o cursor do potencimetro Freqncia (R10) do Gerador de Funes (Mdulo 01)para a esquerda at obter na sada do filtro um sinal com amplitude de aproximadamente70% da amplitude obtida na freqncia de ressonncia; o que corresponde freqncia decorte inferior da banda passante do filtro, e anote na coluna fci da tabela 1 o valor dafreqncia do sinal senoidal na sada do Gerador de Funes (Mdulo 01).

16. Gire o cursor do potencimetro Freqncia (R10) do Gerador de Funes (Mdulo 01)para a direita at obter na sada do filtro um sinal com amplitude de aproximadamente 70%da amplitude obtida na freqncia de ressonncia; o que corresponde freqncia decorte superior da banda passante do filtro, e anote na coluna fcsda tabela 1o valor dafreqncia do sinal senoidal na sada do Gerador de Funes (Mdulo 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 ovalor calculado.

________________________________________________________________________

18. Comente sobre as diferenas observadas no filtro dimensionado entre os valoressolicitados e os valores medidos.

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________



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Aplicando um sinal triangular no filtro


19. Mantenha a mesma configurao de montagem do Filtro Ativo Passa-Faixa (Mdulo 2) e amesma faixa de freqncia do Gerador de Funes (Mdulo 01).

20. Utilizando o canal 1 do osciloscpio ajuste a sada triangular do Gerador de Funes(Mdulo 01) para termos um sinal com amplitude entre 2,5 Vpp, variando o potencimetro

indicado Amplitude Tringular; e com freqncia de 5 kHz, ajustada atravs dopotencimetro indicada Freqncia.

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

22. Verifique se o sinal triangular na sada do Gerador de Funes encontra-se semdeformao, caso ocorra deformao ajuste o potencimetro Off-set do Gerador deFunes (Mdulo 01).

23. Conecte o canal 1 do osciloscpio na sada do Filtro Ativo Passa-Faixa, borne amareloidentificado como Sada 1 (Mdulo 02).



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24. Varie a freqncia do sinal de sada do Gerador de Funes (Mdulo 01), com o auxlio dopotencimetro indicada Freqncia.

25. Ajuste a freqncia do sinal de sada do Gerador de Funes (Mdulo 01) at queobtenhamos a freqncia de ressonncia do filtro. A freqncia de ressonncia ocorrequando o sinal na sada do filtro apresenta mxima amplitude.

26. Conecte o canal 1 do osciloscpio ao borne de sada de sinal triangular do Gerador deFunes (Mdulo 01) verifique o valor da freqncia do sinal.

________________________________________________________________________


28. Gire o cursor do potencimetro indicado Freqnciado Gerador de Funes (Mdulo 01)para a esquerda at obter na sada do filtro um sinal com amplitude de aproximadamente70% da amplitude obtida na freqncia de ressonncia; o que corresponde freqncia decorte inferior da banda passante do filtro, e anote na coluna fci da tabela 2 o valor dafreqncia do sinal triangular na sada do Gerador de Funes (Mdulo 01).

29. Gire o cursor do potencimetro Freqncia do Gerador de Funes (Mdulo 01) para adireita at obter na sada do filtro um sinal com amplitude de aproximadamente 70% daamplitude obtida na freqncia de ressonncia; o que corresponde freqncia de cortesuperior da banda passante do filtro, e anote na coluna fcs da tabela 2 o valor dafreqncia do sinal triangular na sada do Gerador de Funes (Mdulo 01).

Tabela 2

fci fo fcs

Freq. (kHz)

Vs (Vpp)


________________________________________________________________________

30. Compare os dados da tabela 2com os dados obtidos na tabela 1para 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 osciloscpio ajuste a sada quadrada do Gerador de Funes(Mdulo 01) para termos um sinal com amplitude entre 2,5 Vpp, variando o potencimetroindicado por Amplitude Quadrada; e com freqncia de 5 kHz, ajustada atravs do

potencimetro indicada Freqncia.

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

34. Verifique se o sinal quadrado na sada do Gerador de Funes encontra-se semdeformao, caso ocorra deformao ajuste o potencimetro Off-set do Gerador deFunes (Mdulo 01).





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37. Ajuste a freqncia do sinal de sada do Gerador de Funes (Mdulo 01) at queobtenhamos a freqncia de ressonncia do filtro. A freqncia de ressonncia ocorre

quando o sinal na sada do filtro apresenta mxima amplitude.

38. Conecte o canal 1 do osciloscpio ao borne de sada de sinal quadrada do Gerador deFunes (Mdulo 01) verifique o valor da freqncia.

________________________________________________________________________


40. Gire o cursor do potencimetro indicado Freqnciado Gerador de Funes (Mdulo 01)para a esquerda at obter na sada do filtro um sinal com amplitude de aproximadamente70% da amplitude obtida na freqncia de ressonncia; o que corresponde freqncia decorte inferior da banda passante do filtro, e anote na coluna fci da tabela 3 o valor dafreqncia do sinal quadrado na sada do Gerador de Funes (Mdulo 01).

41. Gire o cursor do potencimetro Freqncia do Gerador de Funes (Mdulo 01) para adireita at obter na sada do filtro um sinal com amplitude de aproximadamente 70% daamplitude obtida na freqncia de ressonncia; o que corresponde freqncia de cortesuperior da banda passante do filtro, e anote na coluna fcs da tabela 3 o valor dafreqncia do sinal quadrado na sada do Gerador de Funes (Mdulo 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 1para um sinal senoidal. Comente os resultados.

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________



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44. Observe a forma de onda obtida no borne amarelo de sada do filtro quando aplicamos umsinal de onda quadrada. O Filtro Ativo Passa-Faixa sintoniza uma das harmnicas contidas

na onda quadrada. Comente o resultado obtido.

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

45. Com os dados obtidos na tabela 1, construa o grfico da curva caracterstica do Filtro Ativo

Passa-Faixa.

46. Comente as caractersticas das observaes feito no Filtro Ativo Passa-Faixa para asdiferentes formas de ondas aplicadas. Compare os dados obtidos na experimentao comos tericos e escreva as concluses.

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

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Mdulo 02 Filtro Ativo e Passivo Passa-FaixaMdulo 02 Filtro Ativo e Passivo Passa-Faixa



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MDULO 02 FILTRO ATIVO E PASSIVO PASSA-FAIXA

Anlise 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 caractersticas dos filtros quanto s formas de ondas dos sinais deentrada e de sada.

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

4 Levantar um grfico da curva caracterstica dos Filtros Ativos Passa-Faixa.

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

Material Utilizado

Mdulo 02 Filtros Ativos e Passivos Mdulo 01 Gerador de Funes Mdulo 11 Fonte de Alimentao Simtrica Osciloscpio


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

Introduo

Quando falamos em filtros, intuitivamente relacionamos o nome destes circuitos com sua funo,ou seja, circuitos eletrnicos que selecionam determinadas freqncias do espectro do sinal deentrada.

Os filtros eletrnicos so circuitos que servem para atenuar ou selecionar sinais eltricos de umacerta faixa de freqncia. 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).



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A configurao dos elementos que compem os filtros define a sua funcionalidade.

Projetando o Filtro Ativo Passa-Faixa (MFB) pelo mtodo prtico

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

Para um funcionamento adequado do filtro, uma das condies importantes que o fator dequalidade a ser adotado no seja superior a 10.

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

Esta a configurao bsica de um Filtro Ativo Passa-Faixa.

Figura 1

A partir das freqncias de corte, determinamos:

Freqncia de ressonncia (fo) Fator de qualidade do filtro (Q) Ganho do filtro (k) Banda passante (bw)

Para determinar a freqncia de ressonncia emprega-se a seguinte equao:

si0 fcfcf =


is

00 fcfc

fQ

=

BW

f00 =Q

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

20Q2k <



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

O valor do capacitor determinado pelo clculo deve ser aproximado aos valores dos capacitorescomerciais encontrados no comrcio. O valor adotado deve atender a seguinte relao:

F10f

10C 6

0

=

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

CK

Q1R

0

0

=

)KQ2(C

Q2

2oo

o

=R

C

Q23R

0

0

=

Projetando o filtro

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

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

A primeira providncia determinar a freqncia de ressonncia do filtro empregando os dadosdo projeto, onde:

s/Rd_____________________14,32f..2

Hz__________f10301020ffcfcf

0000

033

0si0

==

===


fQ 00 = onde BW = fcs fciBW = _____ kHzento:

Q0= ________

O valor do fator de qualidade, Q0= ______, atende a condio de ser menor que 10, vamosadotar o valor calculado.

O valor do fator de qualidade interfere diretamente nos valores dos resistores a seremempregados no circuito. Na pratica, interessante que se calcule os valores dos resistoresempregando outros valores de Q0 e analisando os resultados para verificar quais so oscomponentes encontrados no mercado.

O ganho do filtro :

20Q2K <

Portanto o ganho do filtro no deve exceder a _________. Vamos adotar k = 2.



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

O valor do capacitor :

F10408C

10105,24

10CF10

f

10C

12

6

3

6

0

=

==

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

Determinando os resistores R1, R2 e R3.


Qo = ________k = 2 (adotado)o = 2foC1 = C2 = 1nFfo = _____ kHz

Determinando R1

CKQ1Ro

0

=

R1 = _____(valor comercial ______)

Adotar R1 = ________

Determinando R2

)KQ2(C

Q2R

200

0

=

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

Adotar R2 = ________

Determinando R3

C

Q23R

0

0

=

R3 = _______ (valor comercial ______)

Podemos adotar R3 = _____



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Metodologia

Nesta experincia ser feito o levantamento da amplitude do sinal de sada para sinais dediversas freqncias aplicadas na entrada do Filtro Ativos Passa-Faixa.

Verificaremos tambm a freqncia de ressonncia Filtro Ativo Passa-Faixa, suas freqncia decorte inferior e superior e determinaremos a sua banda passante. Faremos ainda a decomposiodo sinal triangular e quadrado, ajustando o Filtro Ativo Passa-Faixa em sua freqncia deressonncia.

Finalmente, com os dados obtidos durante a experincia, faremos o levantamento do grfico querepresenta a curva caracterstica do Filtro Ativo Passa-Faixa.



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Execuo

01. Conecte os bornes vermelhos +Vcc (+12V), verde Vcc (-12V), e preto GND, da Fonte deAlimentao Simtrica (Mdulo 01), aos bornes de mesma cor do Gerador de Funes(Mdulo 01) e Filtros Ativos e Passivos Passa-Faixa (Mdulo 02).

02. Identifique os resistores calculados R1 = _________, R2 = _________ e R3 = ________entre os componentes fixados em placas de montagem, que acompanham o conjuntodidtico.

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

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 (Mdulo 02).

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

06. Utilizando o canal 1 do osciloscpio ajuste a sada senoidal do Gerador de Funes(Mdulo 01) para termos um sinal com amplitude entre 2,5 Vpp, variando o potencimetroindicado por Amplitude Senoide; e com freqncia de 10 kHz, ajustada atravs dopotencimetro indicada Freqncia.

07. Utilizando as frmulas apresentadas na introduo desta experincia determine asseguintes grandezas relacionadas ao filtro implementado:

fci (freqncia de corte inferior): ______________________________________________

fcs (freqncia de corte superior): _____________________________________________

Bw (banda passante): ______________________________________________________

f0 (freqncia de ressonncia): _______________________________________________

Q0 (fator de qualidade):_____________________________________________________

K (ganho): _______________________________________________________________

08. Conecte a sada senoidal, um dos bornes amarelos, do Gerador de Funes (Mdulo 01)ao borne azul de entrada (Ent.1) do Filtro Ativo Passa-Faixa (Mdulo 02).

09. Verifique se o sinal senoidal na sada do Gerador de Funes encontra-se semdeformao, caso ocorra deformao ajuste o potencimetro Off-set do Gerador deFunes (Mdulo 01),





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19. Utilizando o canal 1 do osciloscpio ajuste a sada triangular do Gerador de Funes(Mdulo 01) para termos um sinal com amplitude entre 2,5 Vpp, variando o potencimetroindicado por Amplitude Tringular; e com freqncia de 10 kHz, ajustada atravs dopotencimetro indicada Freqncia.

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

21. Verifique se o sinal triangular na sada do Gerador de Funes encontra-se semdeformao, caso ocorra deformao ajuste o potencimetro indicado Off-set do Geradorde Funes (Mdulo 01).




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25. Conecte o canal 1 do osciloscpio ao borne de sada de sinal triangular do Gerador deFunes (Mdulo 01) verifique o valor da freqncia.

________________________________________________________________________


27. Gire o cursor do potencimetro indicado Freqnciado Gerador de Funes (Mdulo 01)para a esquerda at obter na sada do filtro um sinal com amplitude de aproximadamente70% da amplitude obtida na freqncia de ressonncia; o que corresponde freqncia decorte inferior da banda passante do filtro, e anote na coluna fci da tabela 2 o valor dafreqncia do sinal triangular na sada do Gerador de Funes (Mdulo 01).

28. Gire o cursor do potencimetro indicado Freqnciado Gerador de Funes (Mdulo 01)para a direita at obter na sada do filtro um sinal com amplitude de aproximadamente 70%da amplitude obtida na freqncia de ressonncia; o que corresponde freqncia decorte superior da banda passante do filtro, e anote na coluna fcsda tabela 2o valor dafreqncia do sinal triangular na sada do Gerador de Funes (Mdulo 01).


________________________________________________________________________

Tabela 2

fci fo fcs

Freq. (kHz)

Vs (Vpp)

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

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________



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32. Utilizando o canal 1 do osciloscpio ajuste a sada quadrada do Gerador de Funes(Mdulo 01) para termos um sinal com amplitude entre 2,5 Vpp, variando o potencimetro

indicado por Amplitude Quadrada; e com freqncia de 10 kHz, ajustada atravs dopotencimetro P1.

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

34. Verifique se o sinal quadrado na sada do Gerador de Funes encontra-se semdeformao, caso ocorra deformao ajuste o potencimetro Off-set do Gerador deFunes (Mdulo 01).




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36. Varie a freqncia do sinal de sada do Gerador de Funes (Mdulo 01), com o auxlio dopotencimetro indicado Freqncia.


38. Conecte o canal 1 do osciloscpio ao borne de sada de sinal quadrada do Gerador deFunes (Mdulo 01) verifique o valor da freqncia.

________________________________________________________________________


40. Gire o cursor do potencimetro indicado Freqncia do Gerador de Funes (Mdulo 01)para a esquerda at obter na sada do filtro um sinal com amplitude de aproximadamente70% da amplitude obtida na freqncia de ressonncia; o que corresponde freqncia decorte inferior da banda passante do filtro, e anote na coluna fci da tabela 3 o valor dafreqncia do sinal quadrado na sada do Gerador de Funes (Mdulo 01).

41. Gire o cursor do potencimetro indicado Freqncia do Gerador de Funes (Mdulo 01)para a direita at obter na sada do filtro um sinal com amplitude de aproximadamente 70%da amplitude obtida na freqncia de ressonncia; o que corresponde freqncia decorte superior da banda passante do filtro, e anote na coluna fcsda tabela 3o valor dafreqncia do sinal quadrado na sada do Gerador de Funes (Mdulo 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 natabela 1para um sinal senoidal. Comente os resultados.

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________



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44. Observe a forma de onda obtida no borne amarelo de sada do filtro quando aplicamos umsinal de onda quadrada. O Filtro Ativo Passa-Faixa sintoniza uma das harmnicas contidas

na onda quadrada. Comente o resultado obtido.

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

45. Com os dados obtidos na tabela 1, construa o grfico da curva caracterstica do Filtro Ativo

Passa-Faixa.

46. Comente as caractersticas das observaes feito no Filtro Ativo Passa-Faixa para asdiferentes formas de ondas aplicadas. Compare os dados obtidos na experimentao comos tericos e escreva suas concluses.

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

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Mdulo 02 Filtro Ativo e Passivo Passa-FaixaMdulo 02 Filtro Ativo e Passivo Passa-Faixa



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Mdulo 02 Filtro Ativo Rejeita-Faixa (VCVS)

MDULO 02 FILTRO ATIVO REJEITA-FAIXA (VCVS)

Anlise de composio de sinais Verificao do Funcionamento deFiltros 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 deondas dos sinais de entrada e sada.

3. Levantar os grfico da curva caracterstica do Filtro Ativo Rejeita-Faixa.

Material Utilizado

Mdulo 01 Gerador de Funes Mdulo 02 Filtros Ativos e Passivos Mdulo 11 Fonte de Alimentao Simtrica Osciloscpio


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

IntroduoO Filtro Ativo Rejeita-Faixa de 2 ordem feito com estrutura VCVS Voltage Controled VoltageSource, ou seja, Estrutura de fonte de tenso controlada por tenso. O fator de qualidade estintimamente ligado aos valores dos componentes. O ganho deste tipo de filtro unitrio.

Figura 1



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Filtro Ativo Rejeita-Faixa (VCVS) de 2 ordem

A partir da freqncia de corte, determina-se:

freqncia de ressonncia (fo); fator de qualidade do filtro (Q); banda passante (bw)


si0 fcfcf =


is

00 fcfc

fQ

= Q0=

BW

f0

Determinao dos capacitores

O valor do capacitor determinado pelo clculo deve ser aproximado ao valor dos capacitorescomerciais. O valor adotado deve atender a seguinte relao.

F10

f

10C 6

0

=

Projetando o Filtro

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

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

A primeira providncia determinar a freqncia de ressonncia do filtro, empregando os dadosdo projeto, onde:

s/Rad1047,841045,1314,32f2

kHz45,13f10151012ffcfcf3

03

000

033

0si0

===

===


f00 =Q onde BW = fc3 fc1=> BW = 15 kHz 12 kHz, ou seja, BW =

3 kHz, ento,

48,4Q103

1045,13Q

BW

fQ 03

3

00

0 =

==



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


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

O valor do capacitor ,

pF743C

101045,13

10CF10

f

10C 6

3

6

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 (valorcomercial).

Determinando os resistores R5, R6 e R7


Determinando R5

oCQo2

15R

=

123 106801047,8452

75.25

=R = 3107,15R

= k8,15R (valor comercial)

R5=1,8k

Determinando R6

Co

Qo26R

=

123 106801047,84

526

R

= R6 = 174 x 103

= k1806R (valor comercial)

R6=180k



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

Execuo

01. Conecte os bornes vermelhos +Vcc (+12V), verde Vcc (-12V), e preto GND, da Fonte deAlimentao Simtrica, aos bornes de mesma cor dos Mdulos 01 Gerador de Funes e02 Filtros Ativos e Passivos.

02. Identifique os resistores de 1,8 ke 120kentre os componentes fixados em placas demontagem, que acompanham o conjunto didtico.

03. Identifique os capacitores de 680pF e 1 de 1,2nF entre os componentes fixados em placas

de montagem, que acompanham o conjunto didtico.

04. Conecte os resistores R5=1,8k, R7=1,8k, R6=120ke os capacitores C4 e C5 = 680pFe C6=1,2nF aos seus respectivos bornes fixadores metlicos de compopnetes (metlico),respeitando o diagrama posicional do Filtro Ativo Rejeita-Faixa (Mdulo 02).

05. Conecte um capacitor de 10 nF aos bornes TP7 e TP8 do Mdulo 01 Gerador deFunes

06. Utilizando o canal 1 do osciloscpio ajuste a sada senoidal do Gerador de Funes(Mdulo 01) para termos um sinal senoidal com amplitude de 2,5Vpp, variando opotencimetro indicado por Amplitude Senoide; e com freqncia de 5 kHz, ajustadaatravs do potencimetro indicado Freqncia.

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

08. Verifique se o sinal senoidal na sada do Gerador de Funes encontra-se semdeformao, caso ocorra deformao ajuste o potencimetro Off-set do Gerador deFunes (Mdulo 01),

09. Conecte o canal 1 do osciloscpio na sada do Filtro Ativo Rejeita-Faixa, borne amareloidentificado como Sada 2 (Mdulo 02).



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11. Ajuste a freqncia do sinal de sada do Gerador de Funes (Mdulo 01) at queobtenhamos a freqncia de ressonncia do filtro. A freqncia de ressonncia ocorrequando o sinal na sada do filtro apresenta amplitude mnima.

12. Registre a freqncia de ressonncia e a tenso de sada Vs na tabela 1 a seguir.

13. Gire o cursor do potencimetro indicado Freqncia do Gerador de Funes (Mdulo 01)para a esquerda at obter na sada do filtro um sinal com amplitude de aproximadamente70% da mxima amplitude na faixa total de freqncia; o que corresponde freqncia decorte inferior da banda de rejeio do filtro, e anote na coluna fcida tabela 1o valor dafreqncia do sinal senoidal na sada do Gerador de Funes (Mdulo 01).

14. Gire o cursor do potencimetro indicado Freqncia do Gerador de Funes (Mdulo 01)para a direita at obter na sada do filtro um sinal com amplitude de aproximadamente 70%da mxima amplitude na faixa toda de freqncia; o que corresponde freqncia de cortesuperior da banda de rejeio do filtro, e anote na coluna fcs da tabela 1 o valor dafreqncia do sinal senoidal na sada do Gerador de Funes (Mdulo 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 grfico da curva caracterstica do Filtro AtivoRejeita-Faixa.

17. Faa uma anlise do expediente realizado do Filtro Ativo Rejeita-Faixa.

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18. Mantenha a mesma configurao de montagem do Filtro Ativo Rejeita-Faixa e a mesmafaixa de freqncia do Gerador de Funes (Mdulo 01).

19. Utilizando o canal 1 do osciloscpio ajuste a sada triangular do Gerador de Funes(Mdulo 01) para termos um sinal triangular com amplitude de 2,5Vpp, variando opotencimetro indicado por Amplitude Triangular; e com freqncia de 5 kHz, ajustadaatravs do potencimetro indicado Freqncia.

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

21. Verifique se o sinal triangular na sada do Gerador de Funes encontra-se semdeformao, caso ocorra deformao ajuste o potencimetro Off-set do Gerador deFunes (Mdulo 01),





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quando o sinal na sada do filtro apresenta amplitude mnima.

25. Registre a freqncia de ressonncia e a tenso de sada Vs na tabela 2a seguir.

Tabela 2

fci fo fcs

Freq. (kHz) 1 2 30 35 40

Vs (Vpp)

26. Gire o cursor do potencimetro indicado Freqncia do Gerador de Funes (Mdulo 01)para a esquerda at obter na sada do filtro um sinal com amplitude de aproximadamente70% da mxima amplitude na faixa total de freqncia; o que corresponde freqncia decorte inferior da banda de rejeio do filtro, e anote na coluna fcida tabela 2o valor dafreqncia do sinal triangular na sada do Gerador de Funes (Mdulo 01).

27. Gire o cursor do potencimetro indicado Freqncia do Gerador de Funes (Mdulo 01)para a direita at obter na sada do filtro um sinal com amplitude de aproximadamente 70%da mxima amplitude na faixa toda de freqncia; o que corresponde freqncia de cortesuperior da banda de rejeio do filtro, e anote na coluna fcs da tabela 2 o valor dafreqncia do sinal triangular na sada do Gerador de Funes (Mdulo 01).


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30. Faa uma anlise do experimento realizado e descreva as caractersticas do Filtro AtivoRejeita-Faixa comparando os sinais de entrada senoidal e triangular.

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31. Mantenha a mesma configurao de montagem do Filtro Ativo Rejeita-Faixa e a mesmafaixa de freqncia do Gerador de Funes (Mdulo 01).

32. Utilizando o canal 1 do osciloscpio ajuste a sada do sinal quadrado do Gerador deFunes (Mdulo 01) para termos um sinal quadrado com amplitude de 2,5Vpp, variando opotencimetro indicado por Amplitude Quadrada; e com freqncia de 5 kHz, ajustadaatravs do potencimetro indicada Freqncia.

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



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34. Verifique se o sinal quadrado na sada do Gerador de Funes encontra-se semdeformao, caso ocorra deformao ajuste o potencimetro Off-set do Gerador de

Funes (Mdulo 01),



37. Ajuste a freqncia do sinal de sada do Gerador de Funes (Mdulo 01) at queobtenhamos a freqncia de ressonncia do filtro. A freqncia de ressonncia ocorrequando o sinal na sada do filtro apresenta amplitude mnima.


Tabela 3

fci fo fcs

Freq. (kHz) 1 2 30 35 40

Vs (Vpp)

39. Gire o cursor do potencimetro indicado Freqncia do Gerador de Funes (Mdulo 01)

para a esquerda at obter na sada do filtro um sinal com amplitude de aproximadamente70% da mxima amplitude na faixa total de freqncia; o que corresponde freqncia decorte inferior da banda de rejeio do filtro, e anote na coluna fcida tabela 3o valor dafreqncia do sinal quadrado na sada do Gerador de Funes (Mdulo 01) .

40. Gire o cursor do potencimetro indicado Freqncia do Gerador de Funes (Mdulo 01)para a direita at obter na sada do filtro um sinal com amplitude de aproximadamente 70%da mxima amplitude na faixa toda de freqncia; o que corresponde freqncia de cortesuperior da banda de rejeio do filtro, e anote na coluna fcs da tabela 3 o valor dafreqncia do sinal quadrado na sada do Gerador de Funes (Mdulo 01) .

41. Com os dados obtidos na tabela 3,determine a banda passante do filtro e compare com o

valor calculado.

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43. Faa uma anlise do experimento realizado e descreva as caractersticas do Filtro AtivoRejeita-Faixa comparando os sinais de entrada senoidal e quadrado.

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MDULO 02 FILTRO ATIVO REJEITA-FAIXA (VCVS)

Anlise de composio de sinais Verificao do Funcionamento deFiltros Ativos Rejeita Faixa Projetado

Filtro Ativo Rejeita-Faixa (VCVS)

Objetivo


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

2. Compreender o comportamento dos Filtros de acordo as formas de ondas dos sinais deentrada e sada.

3. Levantar o grfico da curva caracterstica dos Filtros Ativos Rejeita-Faixa.

Material Utilizado

Mdulo 01 Gerador de Funes Mdulo 02 Filtros Ativos e Passivos Mdulo 11 Fonte de Alimentao Simtrica Osciloscpio


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

Introduo

O Filtro Ativo Rejeita-Faixa de 2 ordem feito com estrutura VCVS Voltage Controled VoltageSource, ou seja, Estrutura de fonte de tenso controlada por tenso. O fator de qualidade estintimamente ligado aos valores dos componentes. O ganho deste tipo de filtro unitrio.



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Figura 1

Filtro Ativo Rejeita-Faixa (VCVS) de 2 ordem

A partir da freqncia de corte, determina-se:

freqncia de ressonncia (fo); fator de qualidade do filtro (Q); banda passante (bw).


si0 fcfcf =


is

00 fcfc

fQ = Q0= BW

f0

Determinao dos capacitores

O valor do capacitor determinado pelo clculo deve ser aproximado ao valor dos capacitoresencontrados no comrcio. O valor adotado deve atender a seguinte relao.

F10f

10C 6

0

=


Projetando o Filtro

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

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

A primeira providncia determinar a freqncia de ressonncia do filtro, empregando os dadosdo projeto, onde:



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si0 fcfcf = f0= _______ kHz


foQo= onde BW = fcs fci, ou seja, BW = _____ kHz ento,

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


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

O valor do capacitor ,

F10f

10C 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 R7Onde temos os seguintes dados:

Determinando R5

CQ2

15R

00 =

R5 = _______ (valor comercial)

R5=______

Determinando R6

C

Q26R

0

0

=


R6=______



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Determinando R7

6R5R6R5R7R

+

=


R7=_______


Metodologia

Nesta experincia ser feito o levantamento da amplitude do sinal de sada para sinais dediversas freqncias aplicados na entrada do Filtro Ativo Rejeita-Faixa.

Verificaremos tambm a freqncia de ressonncia Filtro Ativo Rejeita-Faixa, suas freqncia decorte inferior e superior e determinaremos a sua banda passante.

Finalmente, com os dados obtidos durante a experincia, faremos o levantamento do grfico querepresenta a curva caracterstica do Filtro Ativo Rejeita-Faixa.



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Execuo

01. Conecte os bornes vermelhos +Vcc (+12V), verde Vcc (-12V), e preto GND, da Fonte deAlimentao Simtrica, aos bornes de mesma cor dos Mdulos 01 Gerador de Funes e02 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 conjuntodidtico.

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

04. Conecte os resistores R5, R6, R7 e os capacitores C4, C5 e C6, aos seus respectivosbornes metlicos de fixao, respeitando o diagrama posicional do Filtro Ativo Rejeita-Faixa (Mdulo 02).

05. Selecione a faixa de freqncia acionando a chave S1 para a freqncia adequadaconforme o adotado no calculo, Mdulo 01 Gerador de Funes

06. Utilizando o canal 1 do osciloscpio ajuste a sada senoidal do Gerador de Funes(Mdulo 01) para termos um sinal senoidal com amplitude de 2,5Vpp, variando opotencimetro indicado por Amplitude Senoide; e com freqncia de 20 kHz, ajustadaatravs do potencimetro indicado Freqncia.

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

08. Verifique se o sinal senoidal na sada do Gerador de Funes encontra-se semdeformao, caso ocorra deformao ajuste o potencimetro indicado Off-set do Geradorde Funes (Mdulo 01),





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quando o sinal na sada do filtro apresenta amplitude mnima.


Tabela 1

fci fo fcs

Freq. (kHz) 10 95 100

Vs (Vpp)

13. Gire o cursor do potencimetro indicado Freqncia do Gerador de Funes (Mdulo 01)para a esquerda at obter na sada do filtro um sinal com amplitude de aproximadamente70% da mxima amplitude na faixa total de freqncia; o que corresponde freqncia decorte inferior da banda de rejeio do filtro, e anote na coluna fcida tabela 1o valor dafreqncia do sinal senoidal na sada do Gerador de Fun

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