Instrumentação Industrial - Aula3

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DESCRIÇÃO
Apresentação dos condicionadores de sinais (amplificadores, filtros, conversores e
transmissores) e sua função em instrumentação industrial.
PROPÓSITO
Compreender o funcionamento de amplificadores de sinais, filtros analógicos eletrônicos,
conversores analógicos para digital e conversores digitais para analógico, transmissores
utilizados em instrumentação industrial e a sua importância em condicionamento de sinais.
PREPARAÇÃO
Antes de iniciar o conteúdo deste tema, tenha em mãos papel, caneta e
smartphone/computador.
OBJETIVOS
MÓDULO 1
Descrever o funcionamento de amplificadores de sinais e filtros analógicos eletrônicos
MÓDULO 2
Descrever o funcionamento de transmissores de sinais e os princípios da transmissão
analógica
MÓDULO 3
Descrever o funcionamento de conversores de sinais A/D e D/A
CONDICIONADORES DE SINAIS
MÓDULO 1
 Descrever o funcionamento de amplificadores de sinais e filtros analógicos
eletrônicos
AMPLIFICAÇÃO E FILTRAGEM DE SINAIS
ANALÓGICOS
TRANSÍSTOR BIPOLAR DE JUNÇÃO (TBJ)
O transístor bipolar recebe esse nome devido à sua construção, e o conceito de bipolaridade
vem do fato de que esses transístores são formados pela junção de dois materiais: um do tipo
n e um do tipo p ou vice-versa.
O TRANSÍSTOR É UM DISPOSITIVO SEMICONDUTOR DE TRÊS
CAMADAS: DUAS CAMADAS TIPO N E UMA TIPO P, OU DUAS
TIPO P E UMA TIPO N. O PRIMEIRO É CHAMADO DE
TRANSÍSTOR NPN E O SEGUNDO TRANSÍSTOR PNP.
Veja:
 
Imagem: Paulo Godoy
 Figura 1 – Representação simbólica dos transistores do tipo PNP e NPN
Dopagem do tipo P
A dopagem do tipo P é responsável pela inserção de materiais carentes de elétrons (com
excesso de lacunas) em um material semicondutor. Isso faz com que esse material seja
receptivo a elétrons vindos de uma fonte.

Dopagem do tipo N
A dopagem do tipo N torna um material rico em elétrons livres. Dessa maneira, ele converte-se
em um doador de elétrons quando posto em contato com um material receptor.
Em relação ao nível de dopagem, as camadas do transístor são divididas em:
EMISSOR
A dopagem é forte para emitir elétrons

BASE
É a mais fina das camadas e levemente dopada, de maneira a permitir que as cargas migrem
da base para o coletor ou do coletor para a base

COLETO
Possui uma dopagem entre a base e o emissor. O coletor recebe as cargas da base ou as
envia para esta.
POLARIZAÇÃO
A polarização do transístor é realizada conforme apresenta a Figura 2. A junção entre a base e
o emissor (BE) é feita diretamente. A polarização entre a base e o coletor (BC) é polarizada
reversamente. Essas polarizações são importantes de modo a garantir um fluxo de elétrons do
emissor para a base e o coletor (NPN), ou entre o coletor e a base para o emissor (PNP).
 
Imagem: Paulo Godoy
 Figura 2: Polarização dos transistores
TRANSÍSTOR PNP
TRANSÍSTOR NPN
TRANSISTORES TBJ
No transístor PNP, um fluxo constante de elétrons é estabelecido entre o coletor e o emissor,
além de uma corrente entrando pela base.
Já no transístor NPN, uma corrente estável é estabelecida entre o emissor e o coletor, além de
um fluxo de corrente para a base.
Os transistores TBJ são controlados por corrente. Isso significa que uma pequena corrente na
base provoca um fluxo de corrente muito maior no emissor, quando o transístor é corretamente
polarizado.
Quando os transistores são adequadamente conectados, ou seja, uma realimentação é
estabelecida a partir de resistores e fonte de alimentação, um transístor pode ser utilizado
como chave ou amplificador.
 
Imagem: Paulo Godoy
 Figura 3: Transístor TBJ realimentado
 ATENÇÃO
O comportamento do transístor como chave ou amplificador é definido pela sua polarização,
isto é, pelos resistores e fontes utilizados no circuito e em sua realimentação.
Uma forma de definir os valores dos resistores e das fontes a serem utilizadas nos circuitos, ou
de verificar o comportamento de um circuito com transístor é utilizando a sua curva de
polarização.
A curva de polarização permite a determinação do ponto de operação do transístor. Assim, os
valores de corrente e tensão polarizarão o transístor para uma determinação da tensão de
alimentação e para os resistores utilizados na polarização.
 
Imagem: Paulo Godoy
 Figura 4: Curva de polarização
Observando essa curva, é possível verificar que ela é definida pela tensão entre o coletor e o
emissor do transístor (VCE) e a corrente do coletor do transístor (IC) estabelecida pelo
fabricante, com os valores máximos suportados por ele.
São observados também um conjunto de valores de corrente de base (IB) produzidos nesse
transístor com as variações nos valores de VCE e IC.
 ATENÇÃO
O ponto de encontro entre a reta definida pela polarização do transístor, também chamada de
reta de carga, e a curva da corrente de base é definido como Ponto Quiescente (Ponto Q).
A curva de polarização do transístor define regiões bem distintas de seu funcionamento. A
seguir, são definidas as regiões do corte (verde), saturação (vermelha) e ativa (azul).
 
Imagem: Paulo Godoy
 Figura 5: Regiões de operação de um transístor
O transístor é definido como uma chave se ele atua apenas nas regiões de corte e saturação.
De maneira simplificada, uma chave, do ponto de vista de circuitos elétricos, pode assumir as
posições aberta ou fechada.
 
Imagem: Paulo Godoy
 Figura 6 – Chave desligada
Uma chave aberta desliga um circuito à medida que nenhuma corrente consegue fluir por meio
de seus terminais e toda a tensão fornecida pela fonte é retida na chave. Essa situação é
similar a obtida com um transístor em situação de corte.
 
Imagem: Paulo Godoy
 Figura 7: Chave ligada
Uma chave fechada liga um circuito à medida que a corrente consegue fluir através de seus
terminais e toda a tensão fornecida pela fonte é enviada para a carga que se deseja alimentar.
Essa situação é similar à obtida com um circuito em saturação.
Na região ativa, o transístor atua como um amplificador. Logo, um transístor realimentado pode
ser utilizado para amplificação da corrente colocada na base pelo ganho do transístor (
), de acordo com a Equação 1:
(1)
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
Para o circuito da Figura 3, é possível observar que a curva de polarização e a reta de carga
terão o seguinte Ponto Quiescente:
β
IC = β ⋅ IB
 
Imagem: Paulo Godoy
 Figura 8: Reta de carga do circuito
OBSERVANDO-SE O CIRCUITO, É POSSÍVEL TRAÇAR A RETA
DE CARGA PELOS DOIS PONTOS BÁSICOS QUE DEFINEM
UMA RETA: A TENSÃO VCE E A CORRENTE DE COLETOR IC.
ESSES DOIS PONTOS SÃO OBTIDOS PELAS SITUAÇÕES
MÁXIMAS DE OPERAÇÃO DO TRANSÍSTOR, OU SEJA, PELO
CORTE E PELA SATURAÇÃO.
Durante o corte, nenhuma corrente é esperada através do transístor, podendo-se montar a
seguinte equação:
 
 
VCE = VFONTE − VRC
VCE = VFONTE − RC ⋅ IC
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
No corte, espera-se que a corrente IC seja nula. Então:
 
 
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
Durante a saturação, a tensão entre o coletor e o emissor é esperada nula e a corrente
máxima. Assim:
 
VCE = 15 − 1500 ⋅ IC
VCE = 15 − 1500 ⋅ 0
VCE = 15V
VRC = VFONTE − VCE
RC ⋅ IC = VFONTE − VCE
 
 
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
Na saturação, espera-se que a tensão VCE seja nula. Logo:
 
 
IC =
VFONTE − VCE
RC
IC =
15 − VCE
1500
IC =
15 − 0
1500
IC =
15
1500
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
Esses dois pontos, VCE = 15 V e IC = 10 mA, definem a reta de carga do transístor, conforme
abaixo:
 
Imagem: Paulo Godoy
 Figura 9: Definição da reta de carga do circuito
 ATENÇÃO
O Ponto Quiescente é definido observando-se o circuito completo e utilizando-se os valores da
tensão VCE, da corrente de coletor, da corrente de base e do ganho.
Caso a corrente do coletor seja de 6 mA, pela reta de carga,a tensão entre o coletor e o
emissor (VCE) será de 5,5 V e pode-se descobrir que o ganho desse transístor é de:
 
IC = 0, 01 = 10mA
IC = β ⋅ IB
 
 
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
Ou seja, a corrente de base será multiplicada 200 vezes e disponibilizada no coletor, podendo
ser utilizada na alimentação de uma carga:
β =
IC
IB
β =
6mA
30μA
β = 200
 
Imagem: Paulo Godoy
 Figura 10: Transístor na alimentação de uma carga
De maneira similar, um transístor com ganho 100 (
) e corrente de base de 1 mA, apresentará uma corrente de coletor:
 
 
β = 100
IC = β ⋅ IB
IC = 100 ⋅ 1mA
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
AMPLIFICADORES OPERACIONAIS
Os amplificadores operacionais são circuitos integrados bastante utilizados para
condicionamento de sinais eletrônicos analógicos obtidos de instrumentos.
Esses dispositivos têm aplicações diversas em sistemas eletrônicos, tais como:
Controle industrial

Instrumentação industrial

Instrumentação biomédica

Aquisição e processamento de dados
Veja uma ilustração dessas aplicações diversas:
IC = 100mA
 
Imagem: Paulo Godoy
 Figura 11 – Simbologia e um amplificador operacional ideal
OS AMPLIFICADORES OPERACIONAIS APRESENTAM
CARACTERÍSTICAS ESPECÍFICAS ATRIBUÍDAS À SUA
CONSTRUÇÃO. ENTRE ELAS DESTACAM-SE:
Ganho infinito.
Impedância de entrada infinita.
Impedância de saída nula.
Observando-se tais características, é possível notar que, no funcionamento de um amplificador
operacional ideal, não fluem correntes elétricas entre as entradas inversora e não inversora.
Isso se deve basicamente à impedância infinita que o amplificador operacional apresenta em
sua entrada
 
Imagem: Paulo Godoy
 Figura 12 – Impedância de entrada infinita
Como Zin é muito grande (sendo considerado infinito), pela lei de Ohm (Equação 2), a corrente
entre as entradas aproxima-se de zero.
(2)
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTAIS
A saída do amplificador operacional é um múltiplo da diferença de potencial entre as entradas,
conforme a equação 3:
(3)
V = R . I
VO = A ˙[(V +) − (V −)]
Considerando-se então que um amplificador operacional possui ganho infinito (
), intuitivamente a saída seria infinita (
). Isso seria fisicamente impossível, limitando a saída à alimentação do amplificador.
Observe o circuito da figura a seguir:
 
Imagem: Paulo Godoy
 Figura 13 – Amplificador operacional entrada diferencial
Considerando-se um ganho muito grande para o amplificador (A = 10000), pela Equação 3
teríamos:
 
A = ∞
VO = ∞
VO = 10000 ˙(8 − 6) = 10000(̇2)
VO = 20000 V
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
É EVIDENTE QUE ESSE VALOR DE TENSÃO SERIA
IMPOSSÍVEL, TENDO EM VISTA QUE A ALIMENTAÇÃO DO
AMPLIFICADOR É SIMÉTRICA E VALE +12 V E -12 V E QUE A
DIFERENÇA ENTRE OS SINAIS DE ENTRADA É DE 2 V. COM
ESSA ALIMENTAÇÃO, O VALOR DA TENSÃO DE SAÍDA SÓ
PODERIA VARIAR ENTRE +12 V E -12 V.
FONTES DE ALIMENTAÇÃO
FONTE DE TENSÃO COM UM AMPLIFICADOR
OPERACIONAL
O fornecimento de energia elétrica (alimentação) de circuitos e instrumentos deve ser feito por
meio de fontes de tensão e correntes estáveis, reduzindo oscilações durante o seu
funcionamento.
Um circuito clássico para alimentação de instrumentos é baseado na utilização da entrada não
inversora de um amplificador operacional.
 
Imagem: Paulo Godoy
 Figura 14 – Fonte de tensão de referência
 ATENÇÃO
Neste circuito, a tensão na saída é estável e seu valor depende apenas da tensão de entrada.
A corrente, embora varie com a carga, também apresenta um valor bem definido e limitado
pela tensão de alimentação.
FONTE DE CORRENTE COM UM AMPLIFICADOR
OPERACIONAL
De maneira similar, uma fonte de corrente apresenta uma corrente estável e uma tensão que
varia com a aplicação. Veja um exemplo clássico no circuito abaixo:
 
Imagem: Paulo Godoy
 Figura 15 – Fonte de corrente de referência
 ATENÇÃO
A corrente que alimenta a carga (RL), neste circuito, é fixa e ajustável pela tensão de entrada
Vin.
AMPLIFICADORES ATIVOS
Os amplificadores operacionais, além de seu uso como fontes de alimentação reguladas,
também apresentam aplicações em instrumentação como amplificadores de sinais. Elevar ou
atenuar (reduzir) os valores de uma grandeza física obtidos por um elemento sensor pode ser
fundamental para que sua leitura seja realizada por um instrumento.
 SAIBA MAIS
Amplificar ou atenuar um sinal significa multiplicá-lo por um determinado valor x. Se x for maior
que a unidade (x > 1), o sinal será amplificado, porém, se o valor for maior ou igual a zero e
menor do que a unidade (0 ≤ x < 1), este sinal será atenuado.
Algumas grandezas apresentam variações tão sutis (amplitude consideravelmente baixa) que
pode não ser possível mensurá-las sem sua amplificação. Nesses casos, o nível baixo das
grandezas pode se tornar insuficiente para estimular o elemento sensor, ou o valor mensurado
baixo demais a ponto de ser confundido com o erro experimental, ou ainda o valor da variável
medida pode ser ocultado pelo ruído experimental.
Nesses casos, é necessária a amplificação dos sinais, e as topologias mais comum são:
AMPLIFICADOR INVERSOR
Nessa configuração do amplificador operacional (Figura 16), o sinal na saída do circuito é
amplificado ou atenuado pela razão entre os resistores utilizados na polarização do
amplificador. Vale destacar que a fase do sinal de saída é invertida em 180° em relação ao
sinal de entrada, ou seja, se o sinal medido for positivo, a saída do amplificado possuirá sinal
negativo ou vice-versa. A relação entre o sinal de entrada e o sinal de saída pode ser vista na
Equação 4:
(4)
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
Vout = − ⋅ Vin
R2
R1
 
Imagem: Paulo Godoy
 Figura 16 – Amplificador inversor
AMPLIFICADOR NÃO INVERSOR
Outra configuração bastante utilizada com amplificadores operacionais é a do amplificador não
inversor (Figura 17). Nessa topologia, o sinal de entrada também é multiplicado por um fator
que depende das resistências de polarização. Entretanto, diferentemente do que acontece com
o amplificador inversor, o sinal produzido na saída não apresenta uma inversão de fase quando
comparado com o sinal de entrada:
(5)
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
Vout = (1 + ) ⋅ Vin
R2
R1
 
Imagem: Paulo Godoy
 Figura 17 – Amplificador não inversor
AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTAÇÃO
Uma última topologia de amplificação utilizando amplificadores de instrumentação é o
amplificador diferencial (Figura 18). Esse circuito permite amplificação da diferença de tensão
entre dois sinais de entrada aplicados a esse circuito. Por meio dessa topologia, é possível
realizar a medição da variação de um sinal em relação a um sinal de referência. Por vezes,
esse circuito é utilizado em conjunto com a Ponte de Wheatstone, exibida anteriormente.
 
Imagem: Paulo Godoy
 Figura 18 – Amplificador diferencial
O funcionamento desse circuito baseia-se na aplicação dos sinais de entrada em circuitos
amplificadores não inversores (primeiro estágio), seguido da aplicação desses sinais em um
estágio de diferenciação (segundo estágio ou subtrator) com ganho unitário, conforme abaixo:
(6)
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
FILTROS ANALÓGICOS ELETRÔNICOS
Vout = (1 + ) ⋅ (V2 − V1)
2R1
R
Na instrumentação industrial, é comum o uso de filtros eletrônicos para remoção ou atenuação
de ruídos, limitação de banda ou separação de sinais indesejáveis. Basicamente, os filtros são
classificados em:
Passivos
Os filtros passivos são aqueles formados por elementos passivos (capacitores, indutores e
resistores) e não dependem de fontes de alimentação para funcionar. Nesses filtros, os
elementos passivos são especificados e combinadosde maneira a eliminarem faixas de
frequências indesejáveis

Ativos
Os filtros ativos apresentam melhor desempenho e versatilidade do que os filtros passivos. São
montados com a utilização de componentes passivos (resistores e capacitores), amplificadores
operacionais e necessitam de alimentação de uma fonte.
Os filtros ativos são classificados em:
FILTRO PASSA-BAIXA
Neste circuito, determinada frequência de corte (f0) é estabelecida (a partir da especificação
dos componentes) e todas as frequências acima dela (de ordem superior) são atenuadas. A
figura a seguir apresenta a topologia de um circuito passa-baixa e a resposta em frequência
desse circuito.
 
Imagem: Paulo Godoy
 Figura 19 – Filtro passa-baixa
A resposta em frequência permite observar que as frequências abaixo da frequência de corte
não sofrem atenuação. De maneira complementar, as frequências acima da frequência de corte
sofrem uma atenuação gradual até sua completa eliminação.
Veja a simbologia representativa de um filtro passa-baixa:
 
Imagem: Paulo Godoy
 Figura 20 – Simbologia filtro passa-baixa
FILTRO PASSA-ALTA
O filtro passa-alta também possui uma frequência de corte (f0). Porém, diferentemente do que
ocorre com um filtro passa-baixa, as frequências abaixo da frequência de corte são atenuadas.
O circuito de um filtro passa-alta e a resposta em frequência podem ser vistos a seguir:
 
Imagem: Paulo Godoy
 Figura 21 – Filtro passa-alta.
Veja a simbologia do filtro a seguir:
 
Imagem: Paulo Godoy
 Figura 22 – Simbologia filtro passa-alta
FILTRO PASSA-FAIXA
A combinação em cascata de um filtro passa-baixa com uma frequência de corte (f1) e um filtro
passa-alta com uma frequência de corte (f2), permite a obtenção de um filtro passa-faixa,
conforme o diagrama (Figura 23). Sua simbologia pode ser vista na Figura 19.
Esse tipo de filtro atenua todos os sinais que apresentam uma frequência diferente da
frequência de corte, deixando de atenuar apenas uma pequena banda em torno da frequência.
Na prática, uma pequena faixa de frequências é estabelecida em torno da frequência de corte e
esse filtro atenua quaisquer frequências localizadas fora dessa faixa de frequências
estabelecida (seja acima ou abaixo).
 
Imagem: Paulo Godoy
 Figura 23 – Diagrama de um filtro passa-faixa
Veja a simbologia do filtro a seguir:
 
Imagem: Paulo Godoy
 Figura 24 – Simbologia filtro passa-faixa
FILTRO REJEITA-FAIXA (OU REJEITA-BANDA)
Diferentemente do filtro passa-faixa, o rejeita-faixa atenua quaisquer frequências localizadas
dentro da faixa de frequências estabelecida (seja acima ou abaixo) pelo circuito, o qual é,
basicamente, uma combinação dos circuitos passa-faixa e passa-alta somados, conforme o
diagrama abaixo e a sua simbologia na Figura 26.
 
Imagem: Paulo Godoy
 Figura 25 – Diagrama de um filtro rejeita-faixa
 
Imagem: Paulo Godoy
 Figura 26 – Simbologia filtro rejeita-faixa
VERIFICANDO O APRENDIZADO
1. UM SINAL DE TENSÃO DE 10 MV FOI MEDIDO POR UM SENSOR E
DISPONIBILIZADO NA ENTRADA DO AMPLIFICADOR OPERACIONAL DA
FIGURA A SEGUIR. QUAL É A AMPLITUDE DO SINAL DE SAÍDA,
SABENDO-SE QUE O GANHO DESSE AMPLIFICADOR EM MALHA
ABERTA É DE 1000?
 
IMAGEM: PAULO GODOY
A) + 10 V
B) - 10 V
C) + 1 V
D) - 1 V
E) - 12 V
2. EM OCASIÕES DIVERSAS, A FILTRAGEM DO SINAL OBTIDO A PARTIR
DE UM INSTRUMENTO É ESSENCIAL. ISSO OCORRE PARA
ELIMINAÇÕES DE RUÍDOS DE MEDIÇÃO E SINAIS INDESEJADOS. UM
FILTRO RESPONSÁVEL PELA ATENUAÇÃO DE SINAIS COM
FREQUÊNCIAS ABAIXO DAS FREQUÊNCIAS DE CORTE É CHAMADO DE:
A) Passa-baixa
B) Passa-alta
C) Passa-faixa
D) Passa-banda
E) Rejeita-faixa
GABARITO
1. Um sinal de tensão de 10 mV foi medido por um sensor e disponibilizado na entrada
do amplificador operacional da figura a seguir. Qual é a amplitude do sinal de saída,
sabendo-se que o ganho desse amplificador em malha aberta é de 1000?
 
Imagem: Paulo Godoy
A alternativa "D " está correta.
 
O sinal fornecido pelo sensor está sendo aplicado na entrada inversora do circuito amplificador.
Logo, o circuito é um amplificador inversor.
O ganho desse amplificador quando realimentado é definido pela seguinte equação:
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
Substituindo-se os valores dos resistores:
 
Vout = − ⋅ Vin
R2
R1
Vout = − ⋅ Vin = − ⋅ Vin
10k
100
10 × 10+3
100
 
 
 
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
2. Em ocasiões diversas, a filtragem do sinal obtido a partir de um instrumento é
essencial. Isso ocorre para eliminações de ruídos de medição e sinais indesejados. Um
filtro responsável pela atenuação de sinais com frequências abaixo das frequências de
corte é chamado de:
A alternativa "B " está correta.
 
Os filtros do tipo passa-alta atenuam as frequências abaixo da frequência de corte ou permitem
a passagem de sinais com frequências iguais ou acima da frequência de corte.
Vout = − ⋅ Vin = − ⋅ Vin
10 × 1000
100
10.000
100
Vout = −100 ⋅ Vin = −100.10 × 10
−3
Vout = −100 ⋅ 10 × 0, 001 = −100.0, 01
Vout = −1V
MÓDULO 2
 Descrever o funcionamento de transmissores de sinais e os princípios da
transmissão analógica
TRANSMISSORES DE SINAIS ANALÓGICOS
TRANSMISSORES DE SINAIS
Os transmissores são dispositivos utilizados para que determinada variável medida por um
sensor em certo processo seja disponibilizada em um ponto distante do local da medição.
 EXEMPLO
Nas indústrias, é muito comum a existência de salas de controle, onde as informações
referentes àquele processo são disponibilizadas aos operadores, os quais podem monitorar as
variáveis do processo industrial sem ficarem expostos às intempéries ou a qualquer risco
operacional.
Em geral, os transmissores são montados no campo, próximo ao processo. Contudo, isso não
é uma regra, e o transmissor pode estar localizado em um ambiente protegido, caso o
processo envolvido seja um ambiente potencialmente hostil ao circuito eletrônico do
transmissor. Em ambientes com altas temperaturas, por exemplo, o transmissor pode ser
localizado a certa distância do processo de maneira a ficar protegido.
COM A IMPLEMENTAÇÃO DOS TRANSMISSORES, É POSSÍVEL
DISPONIBILIZAR AS INFORMAÇÕES DOS SENSORES LONGE
DOS LOCAIS DE PROCESSO, DEIXANDO OS OPERADORES
PROTEGIDOS DE FLUIDOS INFLAMÁVEIS, CORROSIVOS,
TÓXICOS, ÁCIDOS, ALTAS TEMPERATURAS E PRESSÕES
ELEVADAS.
As salas de controle, por outro lado, se tornam centros de operações mais práticos e
protegidos, garantindo aos operadores um ambiente mais seguro para monitoramento e
controle dos processos.
É importante destacar que o transmissor é diferente do transdutor e do conversor, como pode
ser visto a seguir:
TRANSDUTOR
CONVERSOR
TRANSMISSOR
O transdutor é responsável por realizar uma conversão entre grandezas, permitindo que uma
grandeza mecânica seja transformada em um sinal elétrico e vice-versa.
Um conversor permite a transformação de uma informação analógica em digital ou digital em
analógica.
Um transmissor não modifica a natureza da informação ou do sinal. Um transmissor de sinal
pneumático apenas garante que esse sinal será disponibilizado em um local distante da
medição, mas ele ainda será pneumático.
 SAIBA MAIS
Um transmissor converte um sinal não padronizado em um sinal de mesma natureza ou não,
mas com um padrão predefinido. Por exemplo, um sinal de pressão de 15 a 60 MPa percebido
por um transmissor será convertido em um sinal de corrente elétrica contínua de 4 a 20 mA.
Esse mesmo sinal de pressão (15 a 60 Mpa) recebido de um sensor poderá ser convertido em
um sinal de pressão padronizado de 3 a 15 Psi ou 20 a 100 kPa.
PONTE DE WHEATSTONE
Um dos amplificadores mais importantes na instrumentação possui uma configuração em
ponte, chamada de Ponte de Wheatstone.
Alguns sensores utilizam a sensibilidade em suas características elétricas (Resistência, tensão
etc) como forma de medição de grandezas físicas (Temperatura, umidade, pressão, entre
outras.) . Dessa maneira,variações na resistência de uma termorresistência são utilizadas na
medição de temperatura ou variações na resistência de um strain gauge são utilizadas para
medição da pressão exercida sobre ele. Assim, é possível relacionar o valor da resistência que
esses instrumentos apresentam com a temperatura ou a pressão naquela medição.
 ATENÇÃO
A determinação dessa resistência nem sempre é fácil, tendo em vista que esses valores de
resistência, em geral, são muito baixos e a própria resistência de cabos utilizados na medição
pode mascarar os resultados.
TOPOLOGIAS DE MEDIÇÃO
Existem topologias específicas utilizadas em instrumentos de medição. São elas:
TOPOLOGIA A 2 FIOS
Essa topologia é a mais fácil e mais barata de ser utilizada. O instrumento é conectado
diretamente a uma ferramenta de medição (multímetro, ohmímetro, amperímetro etc.) e uma
fonte de alimentação.
 
Imagem: Paulo Godoy
 Figura 27 – Topologia a 2 fios
Como os fios de alimentação e de medição são compartilhados, o valor medido é uma
combinação do valor do instrumento e da fonte de alimentação, podendo levar a um erro de
medição elevado.
TOPOLOGIA A 3 FIOS
A topologia a 3 fios corresponde a uma melhoria na topologia a 2 fios, em uma tentativa de
reduzirem-se os efeitos da fonte de alimentação no valor medido do instrumento.
 
Imagem: Paulo Godoy
 Figura 28 – Topologia a 3 fios
Nessa topologia, o circuito de medição e a fonte estão conectados ao instrumento. Desse
modo, a alimentação do instrumento e a medição são realizadas de forma “quase” paralela,
apresentando apenas um ponto de referência em comum. Porém, tal ponto ainda pode produzir
alguns erros de medição.
TOPOLOGIA A 4 FIOS
A topologia a 4 fios corresponde à melhor topologia entre as três consideradas. Como a
alimentação e a medição são realizadas de maneira completamente independente, não é
observada influência da fonte de alimentação no medidor.
 
Imagem: Paulo Godoy
 Figura 29 – Topologia a 4 fios
Tal tipo de medição, porém, é consideravelmente mais complexo e custoso, tornando essa
topologia inviável para um ambiente industrial, onde o uso de um grande quantitativo de
instrumento (dezenas, centenas ou milhares) é esperado.
Embora as diversas topologias tenham grande importância na instrumentação industrial, a
Ponte de Wheatstone ainda é o circuito mais adequado para as medições envolvendo sensores
com resistência variável (termorresistores, strain gauge etc.).
TAL PREDILEÇÃO DEVE-SE AO BAIXO VALOR DE
RESISTÊNCIA QUE ESSES SENSORES APRESENTAM (MUITAS
VEZES NA FAIXA DOS MILI OU MICRO OHMS), QUE, AO
SEREM MEDIDAS POR INSTRUMENTOS CONVENCIONAIS
(MULTÍMETROS, OHMÍMETROS, ENTRE OUTROS), PODEM
INDICAR UM ERRO DE MEDIÇÃO CONSIDERAVELMENTE
ELEVADO OU ATÉ MESMO NÃO SEREM CAPAZES DE
REALIZAR AS MEDIÇÕES.
A Ponte de Wheatstone consiste basicamente em uma montagem com dois pares de resistores
em paralelo (Figura 30).
Os quatro resistores que compõem a ponte estão interligados de maneira que, ao determinar-
se a resistência equivalente, é possível calcular o valor da tensão V0 em função da tensão de
alimentação da ponte Vp e dos valores das resistências:
(7)
Ao balancear-se a ponte, isto é, igualar-se o produto entre as resistências (R1 . R3 = R2 . R4) o
valor a tensão V0 torna-se nulo.
 
Imagem: Paulo Godoy
 Figura 30 – Ponte de Wheatstone
V0 = Vp ⋅ ( )
R1R3 − R2R4
(R1 + R2). (R3 + R4)
Na prática, uma ou mais resistências da ponte são substituídas pelo elemento sensor resistivo.
Então, substituindo-se um dos resistores pelo elemento sensor e outro resístor por uma
resistência variável, obtém-se o circuito abaixo:
 
Imagem: Paulo Godoy
 Figura 31 – Ponte de Wheatstone com elemento sensor
IGUALANDO-SE OS VALORES DE R1 E R3 COM A VARIAÇÃO
DA RESISTÊNCIA DO ELEMENTO SENSOR, É POSSÍVEL
REALIZAR O BALANCEAMENTO DA PONTE A PARTIR DA
MODIFICAÇÃO NO VALOR DA RESISTÊNCIA VARIÁVEL (RV).
DESSE MODO, CONHECEMOS O VALOR DA RESISTÊNCIA DO
ELEMENTO SENSOR PELO VALOR AJUSTADO NA
RESISTÊNCIA RV.
Como existe uma diferença entre a grandeza medida e o valor da resistência para sensores
resistivos, é possível determinar o valor da variável conhecendo-se o valor da resistência que o
sensor apresenta.
Atualmente, na instrumentação industrial, novas famílias de transmissores mais modernos
foram desenvolvidas de maneira a otimizar, compactar e simplificar os processos de instalação
e transmissão de dados. Circuitos integrados têm sido bastante utilizados para garantir aos
transmissores maior independência, autonomia e multifuncionalidade.
Esses novos transmissores são capazes de realizar um pré-tratamento à informação recebida
antes de sua transmissão, de maneira a reduzir ruídos e corrigir distorções do processo de
amostragem.
De maneira simplificada, as novas famílias de transmissores são divididas em: smart e
inteligentes.
TRANSMISSORES SMART
Transmissores capazes de corrigir pequenas não linearidades nos sinais de medição a serem
transmitidos. Essas correções são feitas por interpolação e são muito importantes para corrigir
efeitos de influências secundárias nas medições.
TRANSMISSORES INTELIGENTES
Microprocessados capazes de realizar pequenas operações aritméticas com o sinal recebido,
além de trocarem informações com outros transmissores ou elementos finais inteligentes. Com
isso, são capazes de realizar o gerenciamento das informações locais do processo. Por
exemplo, abertura de uma válvula em condições de pressão alta, desligar uma bomba em caso
de nível alto, entre outras.
Esses transmissores recebem informações analógicas, mas precisam convertê-las em digitais
para os microprocessadores serem capazes de tratá-las. Por esse motivo, são equipados com
conversores A/D e, no caso de possuírem uma saída analógica, também são equipados com
um conversor D/A.
 ATENÇÃO
As topologias a 2 fios, 3 fios e 4 fios também são válidas para a transmissão de sinais elétricos
de um sensor, sendo útil as mesmas observações realizadas na seção Topologias de
medição.
PADRÕES DE TRANSMISSÃO
Os padrões de transmissão são conhecidos como:

SINAL PNEUMÁTICO
O Sistema Internacional (SI) define o padrão de transmissão de sinais pneumáticos como 20 a
100 kPa, sendo equivalente a 3 a 15 Psi (fora do SI).
SINAL ELÉTRICO
O sinal padronizado para transmissão de corrente elétrica é de 4 a 20 mA, estabelecido pela
Comissão Eletrotécnica Internacional (IEC). O sinal de tensão elétrica é de 1 a 5 V contínua.
Entretanto, transmissões com tensão elétrica não são comuns pois, dependendo das distâncias
e dos cabos utilizados, pode haver atenuação do sinal antes de chegar ao receptor (dispositivo
responsável por receber o sinal do transmissor). Continue lendo
Todas as faixas de transmissão começam em valores superiores a zero (apresentam
supressão do zero da variável). Por exemplo, a corrente varia de 4 a 20 mA, a tensão de 1 a 5
Vcc, a pressão de 20 a 100 kPa. Isso é feito porque o zero representaria a ausência de sinal,
podendo indicar problemas com o equipamento, com a alimentação, cabos danificados ou
partidos, problemas com o transmissor, entre outros.
Uma exceção são os circuitos com zero vivo, ou seja, sinais de tensão com valores de
referência de 0 a 10 Vcc. Nesses casos, quando há algum problema, o valor de tensão
transmitido assume um valor negativo.

javascript:void(0)

TRANSMISSOR PNEUMÁTICO
Os transmissores pneumáticos são aqueles que transmitem o sinal medido pelo sensor a partir
de um sinal pneumático padronizado, na fixa de 20 a 100 kPa (3 a 15 Psi), proporcional ao
valor da variável.
TRANSMISSOR ELETRÔNICO ANALÓGICO
O sinal medido da variável é transmitido em uma corrente de 4 a 20 mA contínua, proporcional
à medição.


TRANSMISSOR INTELIGENTE DIGITAL
O transmissor inteligente digital possui um circuito microprocessado e uma saída digital, ao em
vez da saída de 4 a 20 mA. Ele é apropriado para comunicação com dispositivos digitais que
apresentam o mesmo protocolo de comunicação.TRANSMISSOR ANALÓGICO-DIGITAL
Esse tipo de transmissor híbrido consegue transmitir sinais analógicos e digitais
simultaneamente, a partir de rápidas conversões A/D e D/A.


SINAIS DE TRANSMISSÃO
Os sinais de transmissão pneumáticos e elétricos possuem proporcionalidade entre os valores
máximo e mínimo da escala (5:1). Isso significa que os valores máximos das escalas superam
em 5 vezes os valores mínimos.
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
Essa padronização facilita o processo de conversão dos sinais pelos transdutores.
RECEPTORES
= = = = 5
100kPa
20kPa
20mA
4mA
15psi
3psi
5V
1V
Os receptores são os dispositivos que recebem os sinais padronizados enviados pelos
transmissores e os convertem novamente nos sinais mensurados pelos sensores, de maneira a
disponibilizá-los para os registradores, displays e telas de operação (IHM’s).

VERIFICANDO O APRENDIZADO
1. O DISPOSITIVO RESPONSÁVEL POR ENVIAR A INFORMAÇÃO MEDIDA
POR UM SENSOR PARA UM PONTO LOCALIZADO LONGE DO
PROCESSO RECEBE O NOME DE:
A) Transdutor
B) Receptor
C) Transmissor
D) Conversor
E) Sensor
2. O TRANSMISSOR QUE CONVERTE O SINAL DA VARIÁVEL MEDIDA
APENAS EM UM SINAL PADRONIZADO DE CORRENTE CUJO MÓDULO
PODE VARIAR ENTRE 4 E 20 MA, EM CORRENTE CONTÍNUA, É O:
A) Eletrônico analógico
B) Pneumático
C) Inteligente digital
D) Analógico-digital
E) Híbrido
GABARITO
1. O dispositivo responsável por enviar a informação medida por um sensor para um
ponto localizado longe do processo recebe o nome de:
A alternativa "C " está correta.
 
Os transmissores são dispositivos utilizados para que determinada variável medida por um
sensor em certo processo seja disponibilizada em um ponto distante do local da medição.
2. O transmissor que converte o sinal da variável medida apenas em um sinal
padronizado de corrente cujo módulo pode variar entre 4 e 20 mA, em corrente contínua,
é o:
A alternativa "A " está correta.
 
O sinal medido da variável é transmitido em uma corrente de 4 a 20 mA contínua proporcional
à medição.
MÓDULO 3
 Descrever o funcionamento de conversores de sinais A/D e D/A
CONVERSÃO A/D E D/A
CONVERSORES
Atualmente, os controladores são digitais em sua maioria. Daí, surge a necessidade cada vez
maior de comunicação entre sensores de natureza analógicos com controladores digitais. Essa
comunicação é possível graças aos dispositivos chamados conversores.
 
Imagem: Paulo Godoy
 Figura 32 – Diagrama de conversão analógica em digital
O CONVERSOR É UM DISPOSITIVO QUE TRANSFORMA
SINAIS DE NATUREZA ELÉTRICA EM FORMATOS
DIFERENTES, MAS SEM ALTERAR SUA NATUREZA, OU SEJA,
ELE É CAPAZ DE TRANSFORMAR UM SINAL ELÉTRICO
ANALÓGICO CONTÍNUO EM UM SINAL ELÉTRICO DIGITAL E
VICE-VERSA.
Enquanto um sinal analógico é aquele que varia continuamente entre um mínimo e um
máximo, o sinal digital é aquele que tem apenas dois níveis.
CONVERSOR ANALÓGICO PARA DIGITAL (A/D)
O CONVERSOR ANALÓGICO PARA DIGITAL (A/D)
BASICAMENTE CONVERTE UM SINAL ANALÓGICO
QUE RECEBE EM UM SINAL DIGITAL EQUIVALENTE.
A conversão A/D é realizada a partir da amostragem do sinal analógico na entrada do
conversor, possibilitando converter um sinal analógico em digital.
A amplitude do sinal analógico amostrado é quantizada dentro dos níveis possíveis do
conversor A/D. Um conversor de 2 bits possui 2n níveis, ou seja, 4 níveis. Esses níveis são
codificados em palavras binárias. Veja:
 
Imagem: Paulo Godoy
 Figura 33 – Processo de quantização
 SAIBA MAIS
A quantização é o processo de atribuição de valores discretos para sinais analógicos.
É importante destacar algumas recomendações no processo de conversão A/D. Entre elas:
 
Imagem: Shutterstock.com
1
Durante a aquisição, o sinal analógico deve permanecer estável (estático) na entrada do
conversor A/D.
 
Imagem: Shutterstock.com
2
Durante o processo de conversão, o sinal de entrada é amostrado e a amostra é armazenada
no conversor.
 
Imagem: Shutterstock.com
3
De acordo com o Teorema de Nyquist, a frequência de amostragem deve ser ao menos duas
vezes maior do que a frequência do sinal analógico (OPPENHEIM, 2010).
Entre os conversores A/D mais comuns, encontram-se:
Conversor paralelo ou flash

Conversor de aproximações sucessivas
CONVERSOR ANALÓGICO DIGITAL PARALELO OU
FLASH
ESSE CONVERSOR A/D PARALELO UTILIZA EM SEU
FUNCIONAMENTO UM CIRCUITO MUITO COMUM FORMADO
POR UM AMPLIFICADOR OPERACIONAL: O COMPARADOR DE
TENSÃO.
Os amplificadores operacionais são circuitos integrados que possuem um ganho extremamente
alto (tendendo ao infinito) em malha aberta. Assim, pequenas variações na entrada desse
circuito geram valores elevados na saída. Contudo, como já visto, a amplitude do sinal de saída
é limitada pela alimentação do circuito integrado, isto é, o valor da saída nunca ultrapassa o
valor da alimentação do circuito.
O COMPARADOR DE TENSÃO UTILIZA ESSAS LIMITAÇÕES
DO AMPLIFICADOR OPERACIONAL PARA CONVERTER SINAIS
ANALÓGICOS EM SINAIS BINÁRIOS OU ONDAS QUADRADAS,
COMPARANDO-SE O VALOR DA ENTRADA COM UMA
REFERÊNCIA, NORMALMENTE FIXA.
Dessa maneira, pode-se comparar um sinal analógico contínuo com qualquer valor que se
deseje, podendo ser com o zero, uma tensão negativa ou uma tensão positiva.
 
Imagem: Paulo Godoy
 Figura 34 – Circuito comparador de tensão
O conversor paralelo (flash) é composto por vários circuitos comparadores de tensão que
comparam um sinal de tensão de referência (diferente para cada comparador) com o sinal de
entrada. Todas as comparações ocorrem de maneira simultânea.
Embora as entradas de referência sejam geradas por uma mesma fonte de referência, elas
diferem entre si por resistores divisores de tensão. Observe a figura a seguir: a entrada de
referência atravessa 8 resistores (8 x R) até chegar ao terra. Como os resistores estão em
série, eles funcionam como divisores de tensão.
 
Imagem: Paulo Godoy
 Figura 35 – Conversor A/D paralelo (flash)
Imagine um circuito com uma fonte de tensão V aplicada a dois resistores associados em série:
 
Imagem: Paulo Godoy
 Figura 36 – Circuito divisor de tensão
A corrente que passa pelo circuito é calculada pela Lei de Ohm (equação 8):
 
 
(8)
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
É possível determinar, dessa forma, a tensão em cada ponto (A, B e C) observando-se o
circuito da Figura 25. A tensão em A é V, pois o ponto está ligado diretamente à fonte de
alimentação e a tensão C é zero (pois o ponto C está ligado ao terra).
Já a tensão no ponto B depende da corrente e dos resistores. Por exemplo, é possível calcular
o valor da tensão nesse ponto em relação ao B. Como existe apenas uma resistência entre o
ponto B e o terra, basta calcular a tensão sobre essa resistência:
 
V = R. i
V = 2R. i
i =
V
2R
VB = R.
V
2R
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
Também é possível calcular a tensão no ponto B em relação à fonte de alimentação. Como
existe apenas uma resistência entre a fonte e o ponto B:
 
 
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
 ATENÇÃO
VB =
V
2
VB = V − R.
V
2R
VB = V −
V
2
VB =
V
2
Qualquer opção nos levará ao mesmo resultado!
Ou seja, a corrente que percorre os resistores é obtida pela tensão de referência dividida por 8
(Figura 37). Isso significa que a tensão de referência no comparador 1 (C1) é equivalente à
tensão aplicada sobre uma resistência (em relação ao terra).
 
Imagem: Paulo Godoy
 Figura 37 – Divisor de tensão do conversor A/D paralelo (flash)
Logo:
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
De maneira similar, a tensão no comparador 2 (C2) é igual a:
VC1 = R. = E
E
8R
1
8
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
Desse modo, caso a entrada analógica seja inferior a
, a saída do comparador C1 será 0. Do contrário, a saída de C1 será 1.
Agora, casoa entrada analógica seja superior a
, mas inferior a
, as saídas dos comparadores C1 e C2 serão, respectivamente, 1 e 0. Caso a entrada seja
superior a as saídas dos comparadores C1 e C2 serão, respectivamente, 1 e 1
Considerando-se um sinal analógico cuja amplitude varie continuamente entre de 0 e E, é
possível preencher todos os valores dos comparadores (C1 a C7), como na Tabela 1:
E C7 C6 C5 C4 C3 C2 C1 S2 S1 S0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1
2 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1
3 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1
4 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0
VC2 = 2R. = E
E
8R
2
8
E
1
8
E
1
8
E
2
8
5 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1
6 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0
7 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
 Atenção! Para visualizaçãocompleta da tabela utilize a rolagem horizontal
 Tabela 1 – Tabela do conversor A/D paralelo (flash)
Um multiplexador (circuito capaz de combinar 2n entrada em n saídas) gera as combinações
das saídas S0, S1 e S2.
A vantagem desse tipo de conversor é a velocidade da conversão, tendo em vista que ela
depende apenas da rapidez dos circuitos comparadores e do multiplexador.
VALE OBSERVAR QUE O NÚMERO DE COMPARADORES
CRESCE CONSIDERAVELMENTE COM A RESOLUÇÃO DO
CONVERSOR. PARA OBTER-SE OITO AMOSTRAS FORAM
NECESSÁRIOS SETE COMPARADORES, OU SEJA, PARA UM
CONVERSOR DE N BITS SÃO NECESSÁRIOS 2N-1
COMPARADORES.
Como maior resolução permite melhor amostragem do sinal, o número de comparadores pode
ser consideravelmente elevado para que o sinal analógico seja adequadamente convertido e
posteriormente reproduzido.
CONVERSOR ANALÓGICO DIGITAL POR
APROXIMAÇÕES SUCESSIVAS
ESSE CONVERSOR É BASEADO EM UM CONTADOR
DIGITAL E TEM CONDIÇÕES DE REALIZAR
CONVERSÕES DE UM NÚMERO RAZOÁVEL DE BITS,
POR EXEMPLO 32 BITS, EM TAXAS DE CONVERSÃO
RAZOAVELMENTE ELEVADAS, TAL COMO 1 MHZ.>
Seu princípio de funcionamento é simples e o circuito pode ser visto na Figura 38. Um contador
binário é iniciado do valor mais baixo (bit menos significante) e convertido em um sinal
analógico (conversor D/A) para servir como sinal de referência. Esse valor é comparado com o
sinal analógico.
Caso o sinal analógico seja maior do que o sinal de referência, o valor do número binário do
contador é armazenado como valor digital convertido. Caso o sinal analógico seja menor,
continua-se a comparação do mesmo valor com o sinal analógico em outra amostragem.
 
Imagem: Paulo Godoy
 Figura 38 – Conversor A/D aproximações sucessivas
CONVERSOR DIGITAL PARA ANALÓGICO (D/A)
O CONVERSOR DIGITAL PARA ANALÓGICO (D/A)
RECEBE, COMO ENTRADA, DADOS DIGITAIS E
PRODUZ UMA SAÍDA ANALÓGICA. UM REGISTRADOR
ARMAZENA O DADO DA ENTRADA DO CONVERSOR
D/A E MANTÉM O DADO ESTÁVEL ATÉ QUE OUTRA
ENTRADA ESTEJA DISPONÍVEL.>
Todos os bits de uma palavra digital (conjunto de bits) são convertidos simultaneamente. É
comum a utilização de filtros para atenuação de descontinuidades no sinal analógico da saída
do conversor.
 
Imagem: Paulo Godoy
 Figura 39 – Diagrama de conversão A/D e D/A.
CONVERSOR D/A MALHA RESISTIVA PONDERADA
No conversor D/A com malha resistiva ponderada (Figura 40), os resistores possuem valores
compatíveis com os bits das respectivas entradas, que seguem a equação 9:
(9)
Rn =
R
2n
Dessa maneira, a entrada digital 0 (D0), apresentará um resístor com a seguinte razão:
 
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
 
Imagem: Paulo Godoy
 Figura 40 – Conversor D/A – malha resistiva ponderada
Os dígitos das entradas podem assumir um valor lógico alto ou baixo (1 ou 0,
respectivamente). O valor lógico alto (1) equivalente à tensão de referência (Vref) e o valor
baixo (0) equivale à tensão nula (0 V), que corresponde ao terra.
Entrada digital Valor lógico Valor de tensão (V)
D 0 0
R0 = =
R
20
R
1
R0 = R
1 Vref
 Atenção! Para visualizaçãocompleta da tabela utilize a rolagem horizontal
 Tabela 2 – Valores das entradas digitais.
Assim, o sinal na saída (Vo) é definido pela equação 10:
(10)
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
CONVERSOR D/A COM REDE TIPO R-2R
O conversor do tipo R-2R combina esses dois tipos de resistores:
V0 = − (23D3 + 22D2 + 21D1 + 20D0)
RfVref
R
 
Imagem: Paulo Godoy
 Figura 41 – Conversor D/A – tipo R-2R
De forma similar ao que acontece com a malha resistiva ponderada, a combinação de
resistores em cada entrada digital confere um “peso” a cada entrada na tensão de saída.
Portanto, a tensão de saída (V0) pode ser vista na equação 11:
(11)
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
Logo, escolhendo-se Rf = 3 R, a equação 11 seria modificada para:
V0 = − (23D3 + 22D2 + 21D1 + 20D0)
RfVref
48R
V0 = − (23D3 + 22D2 + 21D1 + 20D0)
Vref
16
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
Para uma entrada Vref = -5 V e uma entrada digital igual a 1000, a tensão de saída seria:
 
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
VERIFICANDO O APRENDIZADO
1. DURANTE A AQUISIÇÃO DE DADOS ANALÓGICOS POR UM
CONVERSOR, É RECOMENDÁVEL QUE:
A) A entrada permaneça estável.
B) A entrada varie em uma frequência ao menos duas vezes superior à do conversor.
C) A entrada varie continuamente dentro do intervalo de amostragem.
D) A número de bits da entrada não seja superior ao número de bits do controlador.
E) A amostra do sinal não seja armazenada no conversor.
V0 = − (23.1 + 22.0 + 21.0 + 20.0)
(−5)
16
V0 = 2, 5V
2. NA CONVERSÃO DIGITAL PARA ANALÓGICA, OS BITS:
A) São convertidos um a um para evitar sobrecarga da memória do conversor
B) São convertidos do bit menos significativo para o mais significativo.
C) São convertidos do bit mais significativo para o menos significativo.
D) De uma palavra digital são convertidos simultaneamente.
E) Nenhuma das respostas anteriores
GABARITO
1. Durante a aquisição de dados analógicos por um conversor, é recomendável que:
A alternativa "B " está correta.
 
Dentre as recomendações no processo de conversão A/D, uma das mais importantes é que o
sinal analógico permaneça estável (estático) na entrada do conversor A/D.
2. Na conversão digital para analógica, os bits:
A alternativa "D " está correta.
 
Em um conversor digital para analógico (D/A) todos os bits de uma palavra digital (conjunto de
bits) são convertidos simultaneamente.
CONCLUSÃO
CONSIDERAÇÕES FINAIS
No primeiro módulo, apresentamos os conceitos fundamentais dos amplificadores de sinais,
com especial atenção aos amplificadores operacionais, detalhando as suas principais
topologias. Também abordamos os conceitos de filtros de sinais analógicos com enfoque nos
filtros ativos, suas particularidades e simbologia.
No segundo módulo, detalhamos os processos de transmissão e a padronização de sinais
analógicos. Os padrões utilizados nas transmissões de sinais pneumáticos e elétricos foram
especificados, e os tipos de transmissores foram descritos, incluindo-se os transmissores
inteligentes e os híbridos.
Por fim, apresentamos a natureza dos conversores A/D e D/A, suas aplicações e
recomendações foram detalhadas, bem como o diagrama dos circuitos mais simples utilizados
na conversão de sinais.
AVALIAÇÃO DO TEMA:
REFERÊNCIAS
BALBINOT, A.; BRUSAMARELLO, V. J. Instrumentação e fundamentos de medidas. Rio de
Janeiro: Livros Técnico e Científicos, 2010.
BALBINOT, A.; BRUSAMARELLO, V. J. Instrumentação e fundamentos de medidas. V 2.
Rio de Janeiro: Grupo Gen-LTC, 2000.
BEGA, E. A. Instrumentação industrial. Rio de Janeiro: Interciência, 2006.
BOYLESTAD, R. L. Introdução à Análise de Circuitos. 12. ed. São Paulo: Pearson Prentice
Hall, 2012.
CASTELETTI, L. F. Instrumentação industrial. v. 10, 2013. Colégio Politec. Consultado em
meio eletrônico em: 10 dez. 2020.
FIALHO, A. B. Instrumentação industrial: conceitos, aplicações e análises. São Paulo:
Saraiva Educação, 2002.
OPPENHEIM, A. WILLSKY, A. NAWAB, H. Sinais e Sistemas. São Paulo: Pearson Prentice-
Hall, 2010.
PERTENCE JR., A. Amplificadores Operacionaise Filtros Ativos. 8. ed. Porto Alegre:
Bookman, 2015.
EXPLORE+
Para saber mais sobre os assuntos tratados neste tema, pesquise o artigo científico:
Um termômetro eletrônico de leitura direta com termistor. Rev. Bras. Ensino Fís. v.27
n.3 São Paulo, 2005.
CONTEUDISTA
Paulo Godoy