Aula-08

Prévia do material em texto

Lab2
aula 8
Germano Maioli Penello
IF-UFRJ
2019-1
www.if.ufrj.br/~gpenello/Lab2_2019-1.html
1
http://www.if.ufrj.br/~gpenello/Lab2_2019-1.html
Projetos
1Spinner calibrado com controle de velocidade com potenciostato (PWM, snubber) Iniciado por grupo anteriormente
2Controlador de temperatura com peltier Iniciado por grupo anteriormente
3Painel solar que segue o sol (combinação de LDRs, algoritmo para determir gradiente de intensidade em dtheta.dphi) Iniciado por grupo anteriormente
4Amperímetro (determinar a faixa de corrente) Iniciado por grupo anteriormente
5Automação da aquisição de dados do experimento de efeito Hall de Lab 3. Iniciado por grupo anteriormente
6Gerador de função (quadrada e senoidal) Sallen-Key + Switched capacitor. Iniciado por grupo anteriormente
7Monitoramento de rede elétrica (qualidade e queda de luz) Iniciado por grupo anteriormente
8posicionador de lente controlado por controle (automaticamente procura o ponto focal) Iniciado por grupo anteriormente
9Medida de comprimento de tubo por FFT Iniciado por grupo anteriormente
10Adaptação de experiências de física para alunos com deficiências
11
Monocromador com rede de diffração (rede de difração motorizada e fenda) e detector (sensor e circuito amplificador) 
controlado por arduino.
12Ohmímetro (determinar a faixa de resistência; fonte de corrente constante)
13Medição ótica da velocidade de Chopper (ventilador; CI contador e D-FF [shift register], sistema luminoso);
14Identificação de experimento de Fis. Exps. para automatizar
15Sistema de controle de uso de equipamento (registro de usuário / liberação de utilização / log de uso)
16Switched capacitor amplifier (ganho controlado pela saída do arduino)
17Switched capacitor filter (frequencia de corte determinada pela saída do arduino)
18Maquina CNC para fabricação de circuito impresso
19Espectroscópio com webcam (calibrado)
20Microscópio com webcam (eixos controlados por motores / perfilômetro baseado em foco do microscopio?)
21micromanipulador controlado por motores 
22Perfilômetro
23Interferômetro de michelson
24Construir um medidor de vacuo
25Medidor de componentes eletrônicos
26Modelos em grande escala do funcionamento de equipamentos 
27Levitação acústica com sonar ou imã
28Medidor de sala limpa (temp., umidade, contador de partículas)
29Controlador de temperatura com heater
2
https://github.com/Vrekrer
Infinidade de circuitos https://www.ti.com/ww/en/bobpease/assets/AN-31.pdf
3
Pergunta
• Os coeficientes de Fourier de uma onda quadrada tem como resultado os múltiplos 
impares de frequência da frequência fundamental (F0), como mostra a imagem. Qual 
deve ser a frequência de corte de um circuito para transformar uma onda quadrada em 
uma senoidal de frequência igual à fundamental?
(A) Fc = 0,5 F0
(B) Fc = F0
(C) Fc = 2 F0
(D) Fc = 4 F0
(E) É impossível obter uma senóide a partir de uma onda quadrada
4
Análise de circuito
5
Análise de circuito
Se w → infinito: Vs/Ve = 0
Se w → 0 : Vs/Ve = -R2/R1
Wc = (R2C)
-1 : Vs/Ve = -(R2/R1)(1/2
1/2) → Queda de 2-1/2 (3 dB) no ganho. Calcule!
6
Resposta em frequência
Passa baixa Passa alta
Analise W→ꚙ e verifique 
que o decaimento segue a 
reta de -20dB/década.
7
Largura de banda
Se medirmos a função de transferência em função de w, obtemos o gráfico abaixo: 
Resposta em amplitude do amplificador
Largura de banda é definida como a faixa de frequência em que a resposta em 
amplitude é constante dentro de 3 dB (~0.707).
8
Classificação de amplificadores
Baseado apenas na largura de banda
Acoplado capacitivamente (amplificador AC)
Diretamente acoplado (amplificador DC)
Passa-banda (filtro passa-banda)
9
Amplificador - linearidade
A = 1 (inclinação da reta) Distorções não lineares
v0(t) = A vi(t) + B vi(t)
2 + C vi(t)
3 + …
10
• Projete, monte e teste um filtro ativo passa baixa que deverá 
converter uma onda quadrada de 1KHz, com 5V de amplitude em 
uma onda senoidal com também 5V de amplitude e com 1KHz. 
Atividade
1º harmônico = 2*10/p
11
Simulação
Onda quadrada de 100Hz
Ganho = 1 
FFT
R = 1kW
C = 1mF
t=1ms
12
Simulação
Onda quadrada de 100Hz
Ganho = 1
FFT
R = 1kW
C = 1mF
t=1ms
13
Simulação
Onda quadrada de 100Hz
Ganho = 1
FFT
R = 1kW
C = 1mF
t=1ms
14
Simulação
Onda quadrada de 100Hz
Ganho = 1
Transiente da simulação
R = 1kW
C = 1mF
t=1ms
15
Simulação
Onda quadrada de 100Hz
Ganho = 1
FFT
Transiente da simulação
R = 1kW
C = 1mF
t=1ms
16
Opamp somador
17
Opamp somador
𝐼𝐹 = 𝐼1 + 𝐼2 + 𝐼3
𝐼3 =
𝑉3
𝑅3
𝐼2 =
𝑉2
𝑅2
𝐼1 =
𝑉1
𝑅1
0 − 𝑅𝐹𝐼𝐹 = 𝑉𝑜𝑢𝑡
𝑉𝑜𝑢𝑡 = −𝑅𝐹(
𝑉1
𝑅1
+
𝑉2
𝑅2
+
𝑉3
𝑅3
)
Se R1 = R2 = R3 = Rin
𝑉𝑜𝑢𝑡 = −
𝑅𝐹
𝑅𝑖𝑛
(𝑉1 + 𝑉2 + 𝑉3)
18
Opamp derivador
https://www.electronics-tutorials.ws/opamp/opamp_7.html 19
Opamp derivador
https://www.electronics-tutorials.ws/opamp/opamp_7.html
𝐼𝐹 = 𝐼𝑖𝑛
0 − 𝑅𝐹𝐼𝐹 = 𝑉𝑜𝑢𝑡
𝑉𝑖𝑛 − 𝑉𝐶 = 0 𝑉𝑖𝑛 = 𝑉𝐶 =
𝑄
𝐶
I𝑖𝑛 =
𝑑𝑄𝐶
𝑑𝑡
=
𝑑(𝑉𝑖𝑛𝐶)
𝑑𝑡
= 𝐶
𝑑𝑉𝑖𝑛
𝑑𝑡
𝑉𝑜𝑢𝑡
𝑅𝐹
= −𝐶
𝑑𝑉𝑖𝑛
𝑑𝑡
→ 𝑉𝑜𝑢𝑡 = −𝑅𝐹𝐶
𝑑𝑉𝑖𝑛
𝑑𝑡
20
Opamp derivador
https://www.electronics-tutorials.ws/opamp/opamp_7.html 21
Opamp integrador
https://www.electronics-tutorials.ws/opamp/opamp_7.html 22
Opamp integrador
https://www.electronics-tutorials.ws/opamp/opamp_7.html
𝐼𝐹 = 𝐼𝑖𝑛
0 − 𝑉𝐶 = 𝑉𝑜𝑢𝑡
𝑉𝑖𝑛 − 𝑖𝑖𝑛𝑅𝑖𝑛 = 0
𝑉𝑖𝑛 = 𝑅𝑖𝑛𝑖𝑖𝑛
I𝑓 =
𝑑𝑄𝐶
𝑑𝑡
=
𝑑(𝑉𝑜𝑢𝑡𝐶)
𝑑𝑡
= 𝐶
𝑑𝑉𝑜𝑢𝑡
𝑑𝑡
𝑉𝑖𝑛
𝑅𝑖𝑛
= −𝐶
𝑑𝑉𝑜𝑢𝑡
𝑑𝑡
→ 𝑉𝑜𝑢𝑡 = −
1
𝑅𝑖𝑛𝐶𝐹
∫ 𝑉𝑖𝑛𝑑𝑡
23
Opamp ganho logaritmo
https://www.tutorialspoint.com/linear_integrated_circuits_applications/linear_integrated_circuits_applications_l
og_and_anti_log_amplifiers.htm
24
Opamp ganho logaritmo
https://www.tutorialspoint.com/linear_integrated_circuits_applications/linear_integrated_circuits_applications_l
og_and_anti_log_amplifiers.htm
𝐼𝐹 = 𝐼𝑖𝑛
𝐼𝐷 = 𝐼𝐹 = 𝐼𝑠(𝑒
𝑒𝑉𝐷
𝑘𝐵𝑇 − 1)
𝑉𝑖𝑛 − 𝑖𝑖𝑛𝑅𝑖𝑛 = 0
𝑉𝑖𝑛 = 𝑅𝑖𝑛𝑖𝑖𝑛
0 − 𝑉𝐷 = 𝑉0
𝑉𝑖𝑛 = 𝑅𝑖𝑛𝐼𝑠(𝑒
−
𝑒𝑉0
𝑘𝐵𝑇 − 1)
Desprezando o termo -1
𝑉0 = −
𝑘𝐵𝑇
𝑒
ln(
𝑉𝑖𝑛
𝑅𝑖𝑛𝐼𝑠
)
25
Comparador Schimtt
https://www.electronics-tutorials.ws/opamp/op-amp-multivibrator.html 26
Comparador Schimtt
https://www.electronics-tutorials.ws/opamp/op-amp-multivibrator.html
Imagine que Vout está saturado em +Vcc :
1. O divisor de tensão feito com R1 e R2
aplica uma tensão VREF no terminal 
não-inversor;
2. Quando a tensão Vin é ligeiramente 
maior do que a tensão do divisor de 
tensão entre R1 e R2, o circuito satura 
em –VEE. 
3. O divisor de tensão feito com R1 e R2
aplica uma tensão VREF no terminal 
não-inversor (agora negativa);
4. Quando a tensão Vin é ligeiramente 
menor do que a tensão do divisor de 
tensão entre R1 e R2, o circuito satura 
em +VCC. 
5. Volte ao passo 1...
27
Gerador de onda quadrada (multivibrador)
https://www.electronics-tutorials.ws/opamp/op-amp-multivibrator.html 28
Gerador de onda quadrada (multivibrador)
https://www.electronics-tutorials.ws/opamp/op-amp-multivibrator.html
Imagine que Vout saturou em +Vcc e que o 
capacitor está descarregado:
1. Capacitor tenta carregar até atingir 
+Vcc através do resistor de 50kW.
2. Quando a tensão do capacitor é 
ligeiramente maior do que a tensão do 
divisor de tensão entre R1 e R2, o 
circuito satura em –VEE. 
3. Agora, o capacitor começa a 
descarregar para atingir –VEE através 
do resistor de 50KW.
4. Quando a tensão do capacitor é 
ligeiramente menor do que a tensão 
do divisor de tensão entre R1 e R2, o 
circuito satura em +VCC. 
5. Volte ao passo 1...
29
Experiência
• Refazer a experiência da aula passada (quem não conseguiu medir o 
sinal) → Projete, monte e teste um filtro ativo passa baixa que deverá 
converter uma onda quadrada de 1KHz, com 5V de amplitude em 
uma onda senoidal. 
• Escolher um dos circuitos das páginas 93, 94 e 95 para montar no 
protoboard e medir (integrador, derivador, amplificador logaritmo, 
geradorde onda quadrada).
30