Física Experimental IV (2014)

Objetivos

Os objetivos desta semana são de:

1. Montar e caracterizar o filtro passa baixa.
2. Montar e caracterizar o filtro passa alta.

Como preparação para estas atividades é necessário que os grupos tenham resolvido a lista de exercícios fornecida na semana anterior.

Para montar os filtros passa alta e passa baixa vocês irão utilizar os seguintes equipamentos:

1. Capacitores. Utilizem valores próximos aos utilizados na lista preparatória.
2. Resistores. Utilizem valores próximos aos utilizados na lista preparatória.
3. Multímetro.
4. Osciloscópio.
5. Fonte de tensão alternada (também conhecida como gerador de áudio).
6. Placa padrão do laboratório para montagem de circuitos.

Caso você não esteja familiarizado com osciloscópios digitais, sugerimos que você acompanhe as vídeo aulas disponibilizadas no canal All Electronics Group do Youtube, neste link. São três aulas curtas, de aproximadamente 5-10 minutos, abordando temas específicos do uso do osciloscópio.

Cada grupo deve ter como objetivo, ao final destas atividades, obter a curva experimental de amplitude do ganho em função da frequência do sinal, bem como a curva experimental da fase do ganho em função da frequência. Nestes dados serão ajustados os modelos teóricos desenvolvidos na semana anterior, de modo a extrair as frequências de corte de cada filtro para compara-las aos valores esperados para as mesmas. 

Para cada filtro (passa alta e passa baixa)

Para atingir estes objetivos desta semana, uma sugestão de procedimento a ser adotado, para cada filtro é:

1. De posse dos valores de capacitores e resistores, calcule a frequência de corte para o seu filtro e, com base no modelo teórico, estime quantos pontos devem ser medidos e a faixa de frequência destes pontos de modo a definir bem a curva de ganho e fase.
Monte o circuito do filtro a ser estudado. Veja o esquema da na lista preparatória.
1. Como sinal de entrada utilize o gerador de áudio ajustado para uma onda senoidal. Verifique com o osciloscópio se, de fato, a onda se parece com uma senoide. O gerador de áudio tem diversas regulagens que ajudam a eliminar distorções no sinal. ATENÇÃO: utilize a saída traseira do gerador de áudio. A saída dianteira tem 50 Ohm de impedância, o que altera as propriedades dos filtros utilizados.
2. Posicione as pontas de prova do osciloscópio para que no canal A você esteja medindo o sinal de entrada e no canal B, o sinal de saída. Fique atento à escolha do ponto de terra do osciloscópio, que deve ser comum aos dois canais, caso contrário parte do circuito estará em curto.
2. Faça as medidas de amplitude de tensão de entrada, amplitude de tensão de saída, defasagem entre o sinal de entrada e o sinal de saída e frequência, de acordo com o planejado no ítem 1.
   1. Não confie na leitura de frequência do gerador de áudio. Utilize o osciloscópio para medida de frequência do sinal.
   2. Lembre-se de avaliar as incertezas destas medidas.
3. Obtenha a amplitude de ganho para cada frequência medida.
4. Faça os gráficos apropriados de amplitude de ganho em função da frequência e defasagem em função da frequência. Faça uma análise estatística, ajustando os modelos teóricos aos dados, avaliando a aplicabilidade destes modelos aos dados (testes de chi-2, resíduos, etc.).
5. Compare os valores de frequência de corte obtidas dos ajustes entre si e com os valores nominais, obtidos dos valores de resistência e capacitância dos elementos.

Avalie como o procedimento proposto acima pode auxiliar a responder as perguntas propostas para este experimento. Seja crítico com o procedimento adotado e sinta-se à vontade para propor novos procedimentos e novas análises. Isto certamente valoriza a sua avaliação final.

Lembre-se de sempre anotar suas medidas e observações em um caderno de dados. Discuta os resultados com o seu professor, com os monitores da disciplina e com colegas. Este compartilhamento e informações e troca de ideias pode ser fundamental quando vocês forem responder as questões propostas deste experimento.