ATIVIDADE PRÁTICA – INSTRUMENTAÇÃO ELETRÔNICA

1) AGENDAMENTO
Cada experimento é estruturado em três etapas: teórica, simulada e
experimental. As etapas teórica e simulada podem ser realizadas em casa. Já a
etapa experimental requer ferramentas específicas como protoboard, multímetro e
fontes de tensão, que são fornecidas pelo polo. Para acessar e utilizar este kit de
ferramentas, é necessário realizar um agendamento prévio através do menu
Avaliações no AVA.
A atividade prática não precisa ser realizada obrigatoriamente no polo, a
exigência do MEC é que ela seja realizada de forma prática e experimental. Caso
você tenha acesso aos equipamentos necessários em casa, no trabalho ou outro
local, você pode utilizar sem a necessidade de ir ao polo.
ATENÇÂO: Não será permitida a execução da parte experimental com
software de simulação, como Tinkercad por exemplo, é obrigatório realizar os
experimentos fisicamente.
1. 2) KIT POLO
O polo de apoio presencial possuí KITs com os equipamentos necessários
para a realização da atividade, como multímetro, protoboard e fonte de tensão.
Porém, é necessário adquirir os componentes eletrônicos (consumíveis) como
circuitos integrados, resistores, capacitores, LED e etc.
Para a utilização do kit Polo é necessário realizar o agendamento através do
AVA. Sendo assim, é recomendado que você não deixe para realizar a atividade
nos últimos dias, visto que pode ser mais difícil encontrar data e horário disponível
para o uso do kit.
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Equipamentos disponíveis no polo:
• 2 Fontes de Alimentação
• Multímetro Digital
• Alicate amperímetro
• Osciloscópio e Gerador de Sinais
• Pontas de Prova (jacaré/banana)
• Protoboard
No caso da atividade prática desta disciplina serão utilizados os seguintes
equipamentos do polo:
• 1 Fonte de Alimentação
• Multímetro Digital
• Protoboard
• Osciloscópio e Gerador de Sinais
Além disso, você precisa dos seguintes consumíveis (verificar a compra,
caso você não os tenha):
CONSUMÍVEIS
(NÃO FORNECIDOS PELO POLO)
Qtd Descrição Modelo
1 Amplificador Operacional LM358 ou LM741
Diversos Resistores Valor dependerá do projeto
Diversos Capacitores Cerâmicos Valor dependerá do projeto
Diversos Fio para conexão na protoboard
Os consumíveis podem ser comprados em lojas física ou online de sua
preferência. Caso prefira, A UNINTER tem uma loja online com todos esses
consumíveis: https://www.lojauninter.com
Realize a compra dos consumíveis até as primeiras duas semanas da fase, a
fim de não atrasar a realização da sua atividade prática.
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3) Fotos dos experimentos no relatório
Sempre que elaboramos um relatório, é necessário apresentar o máximo de
informação possível. O relatório precisa ser redigido de forma que o professor
responsável pela correção consiga identificar se houve aprendizado. Para isso, é
fundamental que todas as informações necessárias estejam incluídas. Isso envolve
verificar se os cálculos e equações foram aplicados corretamente, se os circuitos
foram montados de maneira adequada e, por fim, se os resultados apresentados
estão corretos.
Para isso, é necessário apresentar as equações utilizadas, telas de simulação
e fotos dos experimentos. Não é preciso detalhar todos os cálculos e nem mostrar
todas as telas e fotos, mas é essencial apresentar o suficiente para demonstrar o
que foi realizado e como foi feito.
Para as fotos da parte experimental apresente um papel com o seu nome e
RU escrito à mão ou um documento pessoal junto ao circuito, assim, comprovando
que realmente montaram o circuito, como no exemplo abaixo:
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2. 4) Modelo de relatório
O relatório deve ser entregue seguindo o modelo fornecido no AVA. Esse
relatório deve contar uma breve introdução teórica, metodologia, discussão de
resultados e conclusão.
Os experimentos podem ser entregues em arquivo único ou arquivos
separados. Ao postar no AVA certifique-se de que anexou todos os arquivos antes
de finalizar.
3. 5) Simuladores de circuitos
Para a realização dos experimentos serão utilizados os simuladores de
circuitos LogiSim e SimulIDE. Para utilização e instalação destes simuladores
confira a aula sobre simuladores no AVA da disciplina.
As simulações servem como suporte e guia para a realização dos
experimentos práticos. Sendo assim, eu recomendo que realize primeiro as
simulações e depois reproduza com os equipamentos do kit.
Com intuito de aprendizagem, recomendo que acessem ao site
https://www.tinkercad.com/ e utilizem o Thinkercad para simular os circuitos
utilizando uma protoboard e entender o funcionamento dela.
Caso já tenha familiaridade com algum simulador de circuitos ou prefira, é
permitido utilizar qualquer outro.
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Experiência 1: Amplificador Inversor
OBJETIVO
Essa atividade tem como intuito colocar em prática os conceitos de
amplificadores operacionais (Amp-Op) abordados na disciplina de Instrumentação
Eletrônica e projetar um amplificador inversor. Além de aprender a realizar
caracterização elétrica de circuitos utilizando instrumentos de medição.
MATERIAL UTILIZADO
Componentes
Quantidade Material Utilizado
1 Amp Op LM358 ou LM741
Variados Resistores
Equipamentos / Ferramentas (kit)
Quantidade Descrição
1 Osciloscópio
1 Multímetro
2 Fontes de Alimentação ou Fonte Simétrica
1 Protoboard
1 Gerador de funções
Termo de responsabilidade (Disclaimer):
Os danos que os dispositivos e componentes possam vir a sofrer por falta de
leitura dos documentos aqui indicados e cumprimento das recomendações contidas
nos mesmos são de total responsabilidade do aluno.
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Diagrama de pinos do amplificador operacional
LM358
LM741
– Vcc /
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INTRODUÇÃO
O amplificador operacional (Amp Op) tem esse nome porque inicialmente foi
projetado para realizar operações matemáticas com o sinal (ou sinais) de entrada
(computação analógica).
Desde sua criação passou por inúmeras melhorias, ganhando assim posição
de destaque executando as mais variadas funções com um único circuito integrado
e poucos componentes externos.
Estude as Aulas Práticas no AVA e siga exatamente as dicas de montagem
dos circuitos.
PROJETO
Escolha um valor de ganho entre 2 V/V e 8 V/V. Dado o circuito da figura 1,
projeto os valores dos resistores para que o amplificador inversor tenha o valor do
ganho escolhido. Sendo o ganho (AV) dado pela equação:
𝐴𝑉 =
𝑣𝑜
𝑣𝑖
= −
𝑅2
𝑅1
Adote o resistor 𝑅1 (entre 1kΩ e 3,3kΩ) e calcule 𝑅2 em função dele. Para os
resistores calculados adotar o resistor de valor comercial mais próximo, exemplo:
se o resistor calculado foi de 3kΩ, adotar 2,7kΩ ou 3,3kΩ (não tem problema em
adotar um ou o outro).
Recalcule o ganho de tensão utilizando os valores comerciais dos resistores
adotados e coloque este valor na Tabela 1.
Figura 1: Amplificador inversor. Neste esquema, os terminais de
alimentação do circuito não são mostrados.
2,5V
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Segue abaixo um exemplo de como montar o circuito utilizando o LM358.
Figura 2: Amplificador inversor montado na protoboard utilizando o LM358.
Todos os terras (ou GND) do circuitos deverão estar conectados entre si,
fazendo com que não tendo nenhuma diferença de potencial ou corrente de fuga
entre eles. Observe na figura 2 que o ponto central da bateria (terra) está conectado
ao terra do gerador de funções e assim, neste ponto será conectado a ponta de
prova do terra do osciloscópio (conector do tipo jacaré).
LM358
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PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
1. Utilize o LM358 para a montagem do circuito, caso não tenha este CI,
substitua pelo LM741. Observe que os dois CIs possuem terminais diferentes.
2. Verifique os terminais do circuito integrado (CI) e monte o circuito da Figura
1. Certifique-se que a (ou as) fonte de alimentação e o terminal terra estão
nos pinos corretos.
3. Conecte a fonte simétrica ao CI, sendo +12 V no terminal do +Vcc e -12V no
terminal -Vcc.
4. Ajuste o Gerador de Funções para fornecer um sinal senoidal de 2,5 V de
tensão de pico a pico (aproximado), com uma frequência aproximada de 1kHz.
5. Coloque este sinal na entrada do amplificador como mostra a Figura 1 e
verifique no osciloscópio os sinais de entrada e saída. Canal 1 sinal de entrada
e Canal 2 sinal de saída.
a. A ponta de prova do Canal 1 do osciloscópio deverá ser colocada como
indicado nas figuras acima. Os terminais terra das duas pontas deverão
ser colocados no terra do circuito.
b. Mostre em um gráfico os sinais de entrada e saída. De preferência
coloque um print da tela do osciloscópio. Os sinais deverão ficar
parecidos com os mostrados na Figura 3, levando em conta que o ganho
vai ser diferente para cada aluno.
c. Usando os valores de pico a pico dos sinais de entrada e saída calcule
o ganho de tensão 𝐴𝑉 =
𝑣𝑜
𝑣𝑖
e preencha a Tabela 1.
d. Varie o formato, amplitude, forma de onda (quadrada, triangular, dente
de serra) e frequência do sinal de entrada e verifique o sinal de saída. A
resposta do sistema é linear? Porque? Pesquise.
e. Substitua o resistor R2 por um maior, com pelo menos o dobro do valor
de resistência resistência. O que acontece com o sinal de saída se o
sinal de entrada é grande? Porque? Pesquise.
f. Compare o ganho medido com o ganho calculado e explique o resultado.
Pode ser ligeiramente diferente, explique porque.
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Figura 3: Sinais de entrada e saída do amplificador inversor. O sinal de
saída está invertido porque o amplificador é inversor e tem ganho
negativo.
Tabela 1: Ganho do amplificador inversor.
AVcalculado

𝑹𝟐
𝑹𝟏
AVmedido
𝒗𝒐
𝒗𝒊
DESENVOLVIMENTO
✓ Elaborar um relatório deste experimento utilizando o modelo de relatório
fornecido no AVA
✓ Este relatório deverá conter todos os itens solicitados, como objetivo,
introdução, fundamentação teórica, metodologia, resultados e
conclusões e referenciais bibliográficos.
✓ Incluir fotos dos circuitos, telas de captura das formas de onda e demais
resultados obtidos com o osciloscópio
✓ Apresentar todos os cálculos do projeto e demais itens solicitados neste
roteiro de procedimentos
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ANEXO 1
Caso o gerador de função apresente uma componente DC na saída, conecte
um capacitor de 1µF ou 10µF em série com a fonte. O capacitor irá funcionar
como um filtro DC, corrigindo o sinal.
Experiência 01:
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Experimento 02 – Filtros Ativos
OBJETIVO
Essa atividade tem como intuito colocar em prática os conceitos filtros ativos
Butterworth de segunda ordem com amplificadores operacionais (Amp Op),
abordados na disciplina de Instrumentação Eletrônica. Além de aprender a realizar
caracterização elétrica de circuitos utilizando instrumentos de medição.
MATERIAL UTILIZADO
Componentes
Quantidade Material Utilizado
2 Amp Op LM358 ou LM741
Variados Resistores
Variados Capacitores
Equipamentos / Ferramentas (kit)
Quantidade Descrição
1 Osciloscópio
1 Multímetro
2 Fontes de Alimentação ou Fonte Simétrica
1 Protoboard
1 Gerador de funções
Termo de responsabilidade (Disclaimer):
Os danos que os dispositivos e componentes possam vir a sofrer por falta de
leitura dos documentos aqui indicados e cumprimento das recomendações contidas
nos mesmos são de total responsabilidade do aluno.
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Diagrama de pinos do amplificador operacional
LM358
LM741
– Vcc /
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INTRODUÇÃO
Um filtro é um dispositivo projetado para rejeitar ou atenuar determinadas
frequências e deixar passar outras. Pode ser um dispositivo passivo composto por
capacitores, resistores e indutores; ou ativo composto por capacitores, resistores e
amplificadores realimentados (amplificadores operacionais). De acordo com a
resposta em frequência eles se classificam em:
• Passa baixas.
• Passa altas.
• Passa faixa.
• Rejeita faixa.
PROJETO DE UM FILTRO PASSA ALTAS
Dado o circuito da figura 1, projete o filtro ativo passa altas (FPA) Butterworth
de segunda ordem com amplificadores operacionais. Sendo o ganho (AV) dado por:
𝐴𝑉 =
𝑣𝑜
𝑣𝑖
= 1 +
𝑅2
𝑅1
= 2,2
Figura 4: Filtro Passa Altas Butterworth de segunda ordem. Neste
esquema, os terminais de alimentação do circuito não são mostrados.
Para determinar a frequência de corte do filtro (fL neste caso) pegar o último
número do RU do aluno e multiplicar por 100. Se for zero, escolher o penúltimo
número e assim por diante. Exemplo:
RU: 45068531
𝑓𝐿 =
1
2𝜋𝑅𝐶 = 𝟏𝑥100 = 100 [𝐻𝑧]
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O resistor R e o capacitor C vão determinar a frequência de corte. Eles têm
que ser exatamente iguais (os dois R e os dois C) para colocar os dois polos na
mesma frequência (ordem 2).
Escolha o capacitor C entre 47 e 100nF e calcule o resistor em função do
capacitor escolhido. Para o resistor calculado adotar o resistor de valor comercial
mais próximo, exemplo: se o resistor calculado foi de 3kΩ, adotar 2,7kΩ ou 3,3kΩ
(não tem problema em adotar um ou o outro). Recalcule a frequência de corte agora
com os valores comerciais dos resistores adotados e verifique este valor na Tabela
Todos os terras (ou GND) do circuitos deverão estar conectados entre si,
fazendo com que não tendo nenhuma diferença de potencial ou corrente de fuga
entre eles. O ponto central da bateria (terra) deverá estar conectado ao terra do
gerador de funções e assim, neste ponto será conectado a ponta de prova do terra
do osciloscópio (conector do tipo jacaré).
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
6. Utilize o LM358 para a montagem do circuito, caso não tenha este CI,
substitua pelo LM741. Observe que os dois CIs possuem terminais diferentes.
7. Verifique os terminais do circuito integrado (CI) e monte o circuito da Figura
1. Certifique-se que a (ou as) fonte de alimentação e o terminal terra estão
nos pinos corretos.
8. Ligue as baterias.
9. Ajuste o Gerador de Funções para fornecer um sinal senoidal de 2,5V de
tensão de pico a pico (aproximado), com uma frequência variável.
10. Coloque este sinal na entrada do amplificador como mostra a Figura 1 e
verifique no osciloscópio os sinais de entrada e saída. Canal 1 sinal de entrada
e Canal 2 sinal de saída.
a. A ponta de prova do Canal 1 do osciloscópio deverá ser colocada como
indica o conector amarelo e a ponta de prova do Canal 2 como indica o
conector azul. Os terminais terra das duas pontas deverão ser colocados
no terra do circuito.
b. Para uma frequência do sinal de entrada 5 kHz, mostre num gráfico os
sinais de entrada e saída. De preferência coloque um print da tela do
osciloscópio. Os sinais deverão ficar parecidos com os mostrados na
Figura 2.
c. Usando os valores de pico a pico dos sinais de entrada e saída, varie a
frequência e calcule o ganho de tensão 𝐴𝑉 =
𝑣𝑜
𝑣𝑖
para cada frequência e
preencha a Tabela 1.
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i. Começe as medições numa frequência 10 vezes menor que fL
calculada.
ii. Tire 3 ou 4 medições até uma frequência ligeiramente menor que
fL calculada.
iii. Concentre as medições ao redor de fL.
iv. A partir de uma frequência 20% superior a fL tire mais 4 ou 5
medições até uma frequência de 20kHz.
Figura 5: Sinais de entrada e saída do FPA na banda passante. O sinal
de saída está em fase com a entrada porque o amplificador é não
inversor e tem ganho positivo.
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Tabela 2: Resposta em frequência do FPA.
𝒇[𝑯𝒛] 𝒗𝒊
[𝑽] 𝒗𝒐
[𝑽] |𝑨𝑽 =
𝒗𝒐
𝒗𝒊
|
11. Identifique a frequência de corte considerando que nessa frequência o valor
da amplitude (ganho) é 70% da amplitude máxima.
12. Monte um gráfico de AV em função da frequência e verifique a resposta do
amplificador. Identifique a banda passante do amplificador. O eixo da
frequência deverá estar em escala logarítmica. O gráfico deverá ficar parecido
com o mostrado na Figura 3.
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Figura 6: Resposta em frequência de um filtro passa altas Butterworth
de ordem 2.
NOTA 1: O passo a passo para a construção do gráfico em Excel está
disponível no AVA.
NOTA 2: Devido as características deste projeto, a resposta de saída pode ter
um comportamento do tipo subamortecido. Esta resposta faz com que o sinal
de saída apresente um sobressinal na região de corte, podendo apresentar
um ganho de até 2,8, ficando o gráfico como na figura abaixo.
fL
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
100 1000 10000
Av
f [Hz]
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PROJETO DE UM FILTRO PASSA BAIXAS
Dado o circuito da figura 1, projete o filtro ativo passa baixas (FPB) Butterworth
de segunda ordem com amplificadores operacionais. Sendo o ganho (AV) dado por:
𝐴𝑉 =
𝑣𝑜
𝑣𝑖
= 1 +
𝑅2
𝑅1
= 2,2
Figura 7: Filtro Passa Baixas Butterworth de segunda ordem. Neste
esquema, os terminais de alimentação do circuito não são mostrados.
Para determinar a frequência de corte do filtro (fH neste caso) pegar o último
número do RU do aluno e multiplicar por 2000. Se for zero, escolher o penúltimo
número e assim por diante. Exemplo:
RU: 45068531
𝑓𝐻 =
1
2𝜋𝑅𝐶 = 𝟏𝑥2000 = 2 [𝑘𝐻𝑧]
O resistor R e o capacitor C vão determinar a frequência de corte. Eles têm
que ser exatamente iguais (os dois R e os dois C) para colocar os dois polos na
mesma frequência (ordem 2).
Escolha o capacitor C entre 10 e 33nF e calcule o resistor em função do
capacitor escolhido. Para o resistor calculado adotar o resistor de valor comercial
mais próximo, exemplo: se o resistor calculado foi de 3kΩ, adotar 2,7kΩ ou 3,3kΩ
(não tem problema em adotar um ou o outro). Recalcule a frequência de corte agora
com os valores comerciais dos resistores adotados e verifique este valor na
Tabela1.
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Todos os terras (ou GND) do circuitos deverão estar conectados entre si,
fazendo com que não tendo nenhuma diferença de potencial ou corrente de fuga
entre eles. O ponto central da bateria (terra) deverá estar conectado ao terra do
gerador de funções e assim, neste ponto será conectado a ponta de prova do terra
do osciloscópio (conector do tipo jacaré).
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
1. Ajuste o Gerador de sinais para fornecer um sinal senoidal de 2,5 V de tensão
de pico a pico (aproximado), com uma frequência variável.
2. Coloque este sinal na entrada do amplificador como mostra a Figura 1 e
verifique no osciloscópio os sinais de entrada e saída. Canal 1 sinal de entrada
e Canal 2 sinal de saída.
a. A ponta de prova do Canal 1 do osciloscópio deverá ser colocada como
indica o conector amarelo e a ponta de prova do Canal 2 como indica o
conector azul. Os terminais terra das duas pontas deverão ser colocados
no terra do circuito.
b. Para uma frequência do sinal de entrada igual à metade de fH, mostre
num gráfico os sinais de entrada e saída. De preferência coloque um
print da tela do osciloscópio. Os sinais deverão ficar parecidos com os
mostrados na Figura 2.
c. Usando os valores de pico a pico dos sinais de entrada e saída, varie a
frequência e calcule o ganho de tensão 𝐴𝑉 =
𝑣𝑜
𝑣𝑖
para cada frequência e
preencha a Tabela 1.
i. Começe as medições em 100 Hz.
ii. Faça umas 3 ou 4 medições até uma frequência 20% inferior a fH.
iii. Concentre as medições ao redor de fH.
iv. A partir de fH faça 2 ou 3 medições até uma frequência igual ao
dobro de fH.
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Figura 8: Sinais de entrada e saída do FPA na banda passante. O sinal
de saída está em fase com a entrada porque o amplificador é não
inversor e tem ganho positivo.
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Tabela 1: Resposta em frequência do FPB.
𝒇[𝑯𝒛] 𝒗𝒊
[𝑽] 𝒗𝒐
[𝑽] |𝑨𝑽 =
𝒗𝒐
𝒗𝒊
|
3. Identifique a frequência de corte considerando que nessa frequência o valor
da amplitude (ganho) é 70% da amplitude máxima.
4. Monte um gráfico de AV em função da frequência e verifique a resposta do
amplificador. Identifique a banda passante do amplificador. O eixo da
frequência deverá estar em escala logarítmica. O gráfico deverá ficar parecido
com o mostrado na Figura 3.
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Figura 9: Resposta em frequência de um filtro passa baixas Butterworth
de ordem 2.
NOTA 1: O passo a passo para a construção do gráfico em Excel está
disponível no AVA.
NOTA 2: Assim como o filtro Passa Altas, devido as características deste
projeto, a resposta de saída pode ter um comportamento do tipo
subamortecido. Esta resposta faz com que o sinal de saída apresente um
sobressinal na região de corte, podendo apresentar um ganho de até 2,8.
DESENVOLVIMENTO
✓ Elaborar um relatório deste experimento utilizando o modelo de relatório
fornecido no AVA
✓ Este relatório deverá conter todos os itens solicitados, como objetivo,
introdução, fundamentação teórica, metodologia, resultados e
conclusões e referenciais bibliográficos.
✓ Incluir fotos dos circuitos, telas de captura das formas de onda e demais
resultados obtidos com o osciloscópio
✓ Apresentar todos os cálculos do projeto e demais itens solicitados neste
roteiro de procedimentos
fH
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
1 10 100
Av
f [Hz]
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INFORMAÇÕES ADICIONAIS
O intuito desta atividade é que você escreva com as suas palavras sobre os
assuntos solicitados e aprenda a como escrever um relatório técnico ou um artigo.
É importante ressaltar que é considerado plágio quando se usa um texto
exatamente igual a um já existente. Acima de 5 palavras idênticas e na mesma
sequência em uma frase, essa frase é considerada que foi plagiada. Em um
trabalho acadêmico, deve-se ler diversos textos de referência e reescrever com as
suas palavras tudo o que foi entendido. É possível fazer citação de trechos de um
texto, mas mesmo com citação é preciso ter o cuidado para que o seu trabalho não
seja uma cópia idêntica (PORTAL EDUCAÇÃO, 2018).
PORTAL EDUCAÇÃO. O Crime de Plágio. Disponível em:
<https://www.portaleducacao.com.br/conteudo/artigos/direito/o-crime-deplagio/50044>, acesso em 11 de junho de 2018

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