Experimentos com Varicaps (ART2216)

O desenvolvimento de projetos para a realização de experiências em escolas nem sempre é simples, dada a falta de literatura própria com que nos defrontamos. Depois de estudar algum componente ou circuito na teoria, nem sempre podemos contar com algum tipo de experiência prática para que os alunos dos cursos técnicos possam lixar o que foi aprendido. Visando suprir esta falha temos no nosso site projetos de experimentos para o laboratório e escolas técnicas e de engenharia, com a utilização de material de fácil obtenção, e instrumental que normalmente os laboratórios destas instituições possuem.

Damos a seguir um artigo em que analisamos o princípio de funcionamento dos diodos de capacitância variável ou Varicaps.

No entanto, após o aprendizado de sua teoria e até mesmo a análise de alguns circuitos práticos, nada melhor do que a realização de experimentos que visem fixar o que vimos.

Para o caso dos Varicaps, a realização de um trabalho prático é relativamente simples, a partir do circuito que propomos.

O instrumental exigido para a sua realização consta de um voltímetro eletrônico (digital ou analógico) ou multímetro e de um frequencímetro.

Sugerimos a inclusão deste trabalho no próprio currículo de cursos técnicos de nível médio ou ainda a sua apresentação em aulas ou como complemento.

 

OBJETIVOS

- Levantar a curva frequência x tensão de um oscilador controlado por Varicap.

- Calcular as capacitâncias extremas obtidas para o Varicap no circuito analisado.

Comentar as características, linearidade, e operação do Varicap no circuito experimental.

 

MONTAGEM

Para a realização da experiência são necessários os seguintes materiais:

a) Voltímetro ou multímetro (digital ou analógico) com escala de tensões DC que permita ler até 12 V DC.

b) Frequencímetro com alcance de até pelo menos 2MHz.

c) Circuito experimental a ser montado a partir do diagrama da figura 1.

 

 

Figura 1 – O circuito experimental
Figura 1 – O circuito experimental

 

O circuito pode ser facilmente montado numa matriz de contatos, conforme mostra a figura 2.

 

Figura 2 – Montagem em matriz de contatos
Figura 2 – Montagem em matriz de contatos

 

Para a montagem do circuito precisaremos dos materiais constantes da lista de material.

A bobina L1 consiste em 100 a 120 espiras de fio esmaltado 28 AWG num bastão de ferrite de 1 cm de diâmetro. A tomada é central.

L2 consiste em 20 a 30 espiras do mesmo fio sobre L1 ou ao lado, conforme mostra a figura 3.

 

   Figura 3 – detalhes da bobina
Figura 3 – detalhes da bobina

 

 

Para o transistor Q1 também existe a possibilidade de se utilizar tipos de RF como o BF494 e até mesmo de potência, com possibilidade de oscilar em alguns megahertz, como o BD135.

 

O EXPERIMENTO

O circuito consiste num oscilador em que a frequência de operação que estará entre 500 kHz e 2 MHz será determinada por L1 e pela capacitância apresentada pelo varicap, já que C2 é suficientemente grande para não ter influência neste parâmetro quando ligado em série com o diodo.

Variando a tensão no Varicap fazemos com que a frequência do oscilador se modifique.

Podemos então levantar uma curva de variação que representa a frequência em função da tensão aplicada.

Tomando por base que a indutância de L1 está em torno de 100 uH, podemos, a partir da curva de variação e dos mínimos e máximos de frequência, calcular a capacitância que o diodo apresenta de 0 a + Vcc.

A realização da experiência é simples.

 

REALIZAÇÃO PRÁTICA

a) Ligue O frequencímetro na bobina L2 e acione Sl. Ajuste a sensibilidade do frequencímetro para obter uma leitura de frequência entre 500 kHz e 2 MHz tipicamente.

Atuando sobre P1 deve haver variação da leitura, O que indica que o oscilador está funcionando.

b) Conecte O multímetro em P1 de modo a ler a tensão aplicada ao varicap.

c) Partindo de 0 V, de meio em meio ou de um em um volt, vá aumentando a tensão no varicap e anotando numa tabela os valores de frequência lidos no frequencímetro.

Tensão (V) Frequência
0 520 kHz
1 630 kHz
2 750 kHz
3 820 kHz

 

d) Obtida urna tabela com os valores extremos (de 0 V até a tensão de alimentação usada), faça um gráfico e papel milimetrado, que provavelmente será como o da figura 4.

 

Figura 4 – Curva obtida
Figura 4 – Curva obtida

 

e) A partir dos valores extremos da tabela, frequência em 0 V e +Vcc, calcule a capacitância mínima e máxima apresentada pelo Varicap

 

Use a fórmula:

 


 

 

 

Onde:

f é a frequência, em Hz

C é a capacitância, em F

L é a indutância da bobina, em H (use 1000 uH como valor de L1)

f) Calcule valores de capacitância para outras frequências e faça o gráfico capacitância x tensão.

 

QUESTIONÁRIO

1. Obtemos maior capacitância com maior ou menor tensão?

2. O comportamento do Varicap em relação à tensão é linear?

3. Qual é a influência de C2 nos valores obtidos?

4. O que ocorreria com a curva obtida frequência x tensão se C2 fosse de 500 pF apenas?

5. Qual é o tipo de oscilador usado?

 

Q1 - BC548 ou equivalente - transistor NPN de uso geral

D1 - Varicap BB212 ou equivalente (para AM)

S1 - Interruptor simples (opcional)

B1 - 9 a 12 V - bateria ou fonte de alimentação

P1 – 47 k ohms - potenciômetro linear

XRF1 – 1 000 uH a 2 000 uH – choque de RF

C1, C2 – 10 nF (103) – capacitores cerâmicos

C3 -100 nF (104) - capacitor cerâmico

R1 – 22 k ohms x 1/8 W - resistor (vermelho, vermelho, laranja)

R2 – 470 ohms x 1/8 W - resistor (amarelo, violeta, marrom)

L1, L2 - ver texto

Diversos: matriz de contatos, fios etc.

 


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