2014 1 eng_eletrica_4_eletronica_i_2_

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2014 1 eng_eletrica_4_eletronica_i_2_

  1. 1. ATIVIDADES PRÁTICAS SUPERVISIONADAS Engenharia Elétrica 4ª Série Eletrônica I A atividade prática supervisionada (ATPS) é um procedimento metodológico de ensino-aprendizagem desenvolvido por meio de um conjunto de etapas programadas e supervisionadas e que tem por objetivos: Favorecer a aprendizagem. Estimular a corresponsabilidade do aluno pelo aprendizado eficiente e eficaz. Promover o estudo, a convivência e o trabalho em grupo. Desenvolver os estudos independentes, sistemáticos e o autoaprendizado. Oferecer diferenciados ambientes de aprendizagem. Auxiliar no desenvolvimento das competências requeridas pelas Diretrizes Curriculares Nacionais dos Cursos de Graduação. Promover a aplicação da teoria e conceitos para a solução de problemas relativos à profissão. Direcionar o estudante para a emancipação intelectual. Para atingir estes objetivos as atividades foram organizadas na forma de um desafio, que será solucionado por etapas ao longo do semestre letivo. Participar ativamente deste desafio é essencial para o desenvolvimento das competências e habilidades requeridas na sua atuação no mercado de trabalho. Aproveite esta oportunidade de estudar e aprender com desafios da vida profissional. AUTORIA: Roberto de Oliveira Brito Faculdade de Negócios e Tecnologia da Informação
  2. 2. Engenharia Elétrica – 4ª Série – Eletrônica I Roberto de Oliveira Brito Pág. 2 de 10 COMPETÊNCIAS E HABILIDADES Ao concluir as etapas propostas neste desafio, você terá desenvolvido as competências e habilidades que constam, nas Diretrizes Curriculares Nacionais, descritas a seguir. Compreender tecnologias associadas aos processos mecânicos, eletroeletrônicos e físico-químicos. Abranger ações de instalação, operação, manutenção, controle e otimização em processos, contínuos ou discretos, localizados predominantemente no segmento industrial, contudo alcançando também em seu campo de atuação, instituições de pesquisa, segmento ambiental e de serviços. Planejar, gerenciar, supervisionar e mantém máquinas e dispositivos eletromecânicos em linhas de produção. Produção Acadêmica Descrição do que será produzido. • Relatórios parciais, com os resultados das pesquisas realizadas nas Etapas 1, 2, 3 e 4. • Relatório final. • Medidas práticas feitas em montagem experimental. Participação Esta atividade será, em parte, desenvolvida individualmente pelo aluno e, em parte, pelo grupo. Para tanto, os alunos deverão: • organizar-se, previamente, em equipes no máximo de 5 participantes; • entregar seus nomes, RAs e e-mails ao professor da disciplina e • observar, no decorrer das etapas, as indicações: Aluno e Equipe. Padronização O material escrito solicitado nesta atividade deve ser produzido de acordo com as normas da ABNT1, com o seguinte padrão: • em papel branco, formato A4; • com margens esquerda e superior de 3cm, direita e inferior de 2cm; • fonte Times New Roman tamanho 12, cor preta; • espaçamento de 1,5 entre linhas; • se houver citações com mais de três linhas, devem ser em fonte tamanho 10, com um recuo de 4cm da margem esquerda e espaçamento simples entre linhas; • com capa, contendo: • nome de sua Unidade de Ensino, Curso e Disciplina; • nome e RA de cada participante; • título da atividade; • nome do professor da disciplina; • cidade e data da entrega, apresentação ou publicação. 1 Consulte o Manual para Elaboração de Trabalhos Acadêmicos. Unianhanguera. Disponível em: <http://www.unianhanguera.edu.br/anhanguera/bibliotecas/normas_bibliograficas/index.html>.
  3. 3. Engenharia Elétrica – 4ª Série – Eletrônica I Roberto de Oliveira Brito Pág. 3 de 10 DESAFIO Este desafio consiste em projetar e operacionalizar um amplificador de pequenos sinais em baixa frequência, composto de uma fonte DC (Direct Current), que será utilizada em rede de polarização fixa a ser projetada para colocar um transistor em seu ponto de operação/quiescente ideal de operação. Operacionalização comprovada em laboratório. Esta proposta é importante por aliar teoria e prática. Objetivo do desafio Projetar um amplificador. ETAPA 1 (tempo para realização: 5 horas) Aula-tema: Teoria dos semicondutores. O diodo e a junção PN. Diodo Zener. Esta atividade é importante para que você exercite os seus conceitos de pesquisa, utilizando o livro texto, as aulas da cadeira de Eletrônica Analógica e a Internet. O ambiente ideal é o Laboratório de Eletrônica Analógica. Para realizá-la, é fundamental seguir os passos descritos. PASSOS Passo 1 (Equipe) Separar um diodo 1N4007, como o da figura 1. Um resistor (R) de 240 , uma fonte (E) variável DC (Direct Current) de 12 Volts e um multímetro digital. Todos esses dispositivos podem ser facilmente operados no laboratório de Eletrônica Analógica em uma protoboard. Em seguida teste se o diodo está operacional por meio de um ohmímetro (ou um multímetro configurado para medir resistência). Figura 1 – Diodo, dispositivo físico Passo 2 (Equipe) Ligar os terminais do ohmímetro (vermelho e preto) a cada um dos terminais do diodo, depois os inverta. Em uma das medidas a resistência deve ser alta, e na outra posição próxima a zero. Caso contrário, o diodo não está funcional. Entreguem ao seu professor este relatório para ser avaliado e para que as dúvidas sejam eliminadas. Passo 3 (Equipe)
  4. 4. Engenharia Elétrica – 4ª Série – Eletrônica I Roberto de Oliveira Brito Pág. 4 de 10 Encontrar na Internet o data sheet do diodo 1N4007. Identifiquem visualmente o pólo positivo P e o negativo N do diodo (figura 1), uma vez que, em esquemáticos de circuitos, os diodos são costumeiramente identificados pela simbologia da figura 2. Figura 2 – Simbologia do diodo Utilizar a figura 2 e montem o circuito da figura 3. O diodo está diretamente polarizado. Meça, com um multímetro, a tensão (VD) no diodo e a corrente (ID) que o atravessa. Figura 3 – Simbologia do diodo Passo 4 (Equipe) Reduzir a tensão da fonte para 0,5 Volts. Meça a tensão (VD) no diodo e a corrente (ID) que o atravessa. Montem o circuito da figura 4. O diodo está reversamente polarizado. Novamente, Meçam a tensão (VD) no diodo e a corrente (ID) que o atravessa. Em seguida, calculem os valores teóricos de ID, VR e VD. Comparem e justifiquem os valores teóricos e práticos encontrados. Figura 4 – Diodo, polarização direta ETAPA 2 (tempo para realização: 15 horas) Aula-tema: O diodo e a junção PN. Diodo Zener. Estrutura física e princípio de funcionamento. Modos de operação: Modo Ativo, Saturado, em Corte e Reverso do Transistor Bipolar.
  5. 5. Engenharia Elétrica – 4ª Série – Eletrônica I Roberto de Oliveira Brito Pág. 5 de 10 Esta atividade é importante para que você se familiarize com os dois dispositivos semicondutores básicos no exercício do conhecimento da cadeira de Eletrônica Analógica: o Transistor Bipolar de Junção (TBJ). É importante que o aluno, individualmente, exercite os seus conceitos de pesquisa, utilizando o livro texto, as aulas da cadeira de Eletrônica Analógica e a Internet. O ambiente ideal é o Laboratório de Eletrônica Analógica. Para realizá-la, é fundamental seguir os passos descritos. PASSOS Passo 1 (Equipe) Fazer as atividades descritas a seguir. 1 Separem um transistor TBJ NPN BC547 (figura 5), duas fontes variáveis DC (Direct Current) e um multímetro digital. Todos esses dispositivos podem ser operados no laboratório de Eletrônica Analógica. Figura 5 – Transistor, dispositivo físico 2 Encontre na Internet o data sheet do transistor TBJ NPN BC547. Disponível em: <http://www.datasheetcatalog.net/pt/datasheets_pdf/B/C/5/4/BC547.shtml>. Acesso em: 25 ago. 2011. Passo 2 (Equipe) Consultar o data sheet do transistor e trace um paralelo comparativo entre a simbologia normalmente utilizada da figura 6 e o lay-out do dispositivo físico, identificando visualmente os terminais Base (B), Emissor (E) e Coletor (C) do TBJ. Em seguida, determinem se o transistor está operacional testando com o ohmímetro as duas junções do TBJ, quando a resistência entre os terminais B e E deve ser mínima, e a resistência entre os terminais B e C deve ser grande.
  6. 6. Engenharia Elétrica – 4ª Série – Eletrônica I Roberto de Oliveira Brito Pág. 6 de 10 Figura 6 – Transistor, sua construção e simbologia Passo 3 (Equipe) Montar o circuito com o transistor, conforme o esquemático da figura 6, utilizando as duas ponte. Liguem a fonte VCC em 5 Volts, medindo a corrente IC. Passo 4 (Equipe) Ligar a fonte VBB iniciando em 0 Volts. Posteriormente, incrementem pausadamente, observando o que ocorre com a corrente IC, traçando um gráfico IC X VBB. Façam uma análise do resultado encontrado e a entregue ao professor Socialização de resultados parciais Cada equipe deve elaborar uma apresentação de acordo com os resultados obtidos nas etapas 1 e 2, que contenha as dificuldades encontradas e possíveis soluções propostas. O professor organizará as equipes para que todas apresentem este trabalho parcial, em sala de aula, aos demais colegas, para compor o Seminário Final desta ATPS. Esta atividade tem o propósito de socializar as dinâmicas de trabalho encontradas por cada equipe, bem como trocar experiências a respeito dos resultados obtidos. ETAPA 3 (tempo para realização: 5 horas) Aula-tema: Estrutura física e princípio de funcionamento. Modos de operação: Modo Ativo, Saturado, em Corte e Reverso do Transistor Bipolar. Esta atividade é importante para que você se familiarize com a aplicação mais conhecida de diodos, as fontes retificadoras. Fonte de DC nas Redes de Polarização a ser vista na próxima etapa e importante componente no exercício do conhecimento da cadeira de Eletrônica Analógica: Retificador de Onda Completa de 220 Volts AC (Alternating Current) para 12 Volts DC (Direct Current). Para realizá-la, é fundamental seguir os passos descritos.
  7. 7. Engenharia Elétrica – 4ª Série – Eletrônica I Roberto de Oliveira Brito Pág. 7 de 10 PASSOS Passo 1 (Equipe) Visualizar o esquemático do Retificador de Onda Completa na figura 7, identificando detalhes de cada componente, a posição dos diodos, o tipo de capacitor utilizado (filtro) etc. Figura 7 – Retificador de Onda Completa Passo 2 (Equipe) Identificar o valor da tensão de saída alternada do transformador para que VDC seja igual a 12 Volts DC, considerando que os diodos utilizados sejam quatro (04) do tipo 1N4007. Consultem o data sheet, caso seja necessário. Passo 3 (Equipe) Calcular que valor deve ter o capacitor no esquemático para um ∆v = I / (f.C) menor possível, o que caracteriza um sinal retificado VDC com baixa oscilação (figura 8) e consequentemente mais estável. I é a corrente no resistor/circuito de carga; f é a frequência de ondulação (60 Hz); C é o capacitor em faraday (F). Figura 8 – Variação VOUT - DC Passo 4 (Equipe) Entregar ao professor os passos desenvolvidos, incluindo uma explicação sobre o funcionamento do circuito.
  8. 8. Engenharia Elétrica – 4ª Série – Eletrônica I Roberto de Oliveira Brito Pág. 8 de 10 ETAPA 4 (tempo para realização: 15 horas) Aula-tema: Polarização de Transistores Bipolar. Amplificadores em cascata. Esta atividade é importante para que você se familiarize com a aplicação mais conhecida de Transistores Bipolares de Junção (TBJ), os Amplificadores a TBJ, que para funcionarem precisam de uma Rede de Polarização confiável (estável quanto às variações de temperatura etc), a qual será calculada nessa etapa - importante no exercício do conhecimento da cadeira de Eletrônica Analógica: Rede de Polarização Fixa. É importante que o aluno, individualmente, exercite os seus conceitos de pesquisa, utilizando o livro texto, as aulas da cadeira de Eletrônica Analógica e a Internet. O ambiente ideal é o Laboratório de Eletrônica Analógica. Para realizá-la, é fundamental seguir os passos descritos. PASSOS Passos 1 (Equipe) Visualizar o esquemático de um amplificador com Rede de Polarização Fixa na figura 9, trata-se de um Quadripolo. Figura 9 - O amplificador é um Quadripolo Passo 2 (Equipe) Identificar no Quadripolo o sinal de entrada alternado VIN, que será amplificado, o sinal de saída amplificado VOUT, a Rede de Polarização Fixa, que coloca o transistor em seu ponto de operação (quiescente) e os capacitores filtragem/isolamente DC. Utilizar o data sheet do transistor BC547 estudado na Etapa 2, estudem o gráfico IC x VCE para vários valores de IB (gráfico similar na figura 10), denominado gráfico característico de resposta.
  9. 9. Engenharia Elétrica – 4ª Série – Eletrônica I Roberto de Oliveira Brito Pág. 9 de 10 Passo 3 (Equipe) Organizar todos os resultados obtidos nas etapas desse desafio em um relatório final e entreguem-no ao professor em data por ele estabelecida. Figura 10 – Curva de resposca IC x VCE para vários valores de IB Passo 4 (Equipe) Utilizar o gráfico IC x VCE que consta no data sheet do TBJ BC547 e calcule os valores de RB e RC da Rede de Polarização Fixa para o valor VCC de 12 Volts projetado na Etapa 3, considerando um valor de β = 350. Recordar as relações para análise DC do TBJ na tabela 1: Tabela 1 – Relações para análise DC do TBJ Entregue ao professor os passos desenvolvidos. Seminário de Conclusão Com o objetivo de apresentar os resultados obtidos por meio da ATPS, o Seminário Final pretende proporcionar aos estudantes a socialização das variações de resultados, bem como o debate a respeito das dificuldades e soluções encontradas para a finalização do desafio. Cada equipe deverá realizar uma apresentação de vinte minutos, contendo até vinte slides. Esta apresentação deverá contemplar a seguinte estrutura:
  10. 10. Engenharia Elétrica – 4ª Série – Eletrônica I Roberto de Oliveira Brito Pág. 10 de 10 Introdução: base teórica utilizada para solução do desafio. Desenvolvimento: a partir da apresentação parcial elaborada na etapa 2, passo 4, descreva as soluções encontradas para a resolução final do desafio. Conclusão: explique como as soluções encontradas para a resolução final do desafio, poderão contribuir efetivamente em sua vida profissional. A apresentação do Seminário Final de cada curso deverá ocorrer em sua unidade, em local e data a serem definidos pelo professor da disciplina e o coordenador de curso. Livro Texto da disciplina: BOYLESTAD, Robert L.; NASHELSKY, L.. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. 8ª ed. São Paulo: Pearson - Prentice Hall, 2004.

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